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▲NASA, ESA, CSA, K. Pontoppidan (NASA’s Jet Propulsion Laboratory) and J. Green (Space Telescope Science Institute).

미국 우주망원경 과학연구소(STScl) 연구팀이 제임스웹 우주망원경으로 촬영한 뱀자리 초신성 이미지. 왼쪽 상단에 보이는 붉은 불꽃들이 뱀자리 초신성 인근 원시별 분출이다.

지구처럼 별도 자전한다. 과학자들은 그간 별 탄생 초기, 성운이 별의 중심으로 뭉치는 진행방향에 따라 별의 자전축이 결정된다고 추정해왔다. 다만 실제 관측을 통해 입증하진 못했다.

조엘 그린 미국 우주망원경 과학연구소(STScl) 연구원은 미국 캘리포니아공대 제트추진연구소(JPL) 등과 함께 제임스웹 우주망원경이 촬영한 뱀자리 초신성 이미지를 분석해 원시별의 자전축이 결정되는 과정을 알아냈다. 연구 결과는 6월 18일 논문사전공개사이트 ‘아카이브(arXiv)’를 통해 공개됐으며, 국제학술지 ‘천체물리학 저널’에도 게재를 앞두고 있다. ^{doi: 10.48550/arXiv.2406.13084}

연구팀은 제임스웹 우주망원경에 탑재된 근적외선 카메라(NIRCam)를 이용해 기존에는 그저 뿌연 점처럼 보였던 뱀자리 초신성 인근 원시별의 분출을 선명하게 관측했다. ‘원시별 분출(Protostellar outflow)’은 원시별이 탄생하는 과정에서 발생하는 높은 에너지의 가스 분출이다. 

원시별은 성운 속에서 탄생한다. 성운 속 성간물질이 중심으로 뭉쳐지며 원시별은 그 크기를 키운다. 이때 성간물질은 배수구로 빠져나가는 물처럼 나선 궤적을 그리며 원시별로 향한다. 원시 별 주변에는 이같은 성간물질이 원반 형태로 둘러싸고 있다. 한편 성간물질의 운동 에너지는 원시별에 도달한 이후, 원시별 위아래로 높은 에너지의 가스를 분출하는 데 사용된다. 이 가스 분출이 원시별 분출이다. 원시별 분출 방향은 별의 자전축과 동일하며, 별의 자전 방향과 수직하다.

연구팀이 제임스웹 우주망원경의 근적외선 카메라로 촬영한 뱀자리 초신성 이미지 안에는 원시별 분출로 추정되는 모습이 20개 촬영됐다. 20개의 원시별 분출은 비슷한 방향으로 정렬돼 있었다. 연구팀은 “도 기울기 차이만 있었다”고 설명했다. 마치 장대비가 내릴 때 빗방울 각각의 궤적과 지면 사이의 경사가 비슷한 것과 같다. 뱀자리 초신성 인근 원시별들은 동일한 성운에서 함께 성장하고 있는 나이가 비슷한 별들이다. 연구팀은 이 원시별들이 동일한 성운의 운동 특성을 그대로 물려받으면서 원시별 분출의 축, 즉 자전축 방향도 비슷하게 형성된 것으로 추정했다.

연구에 참여한 클라우스 폰토피디안 JPL 선임연구원은 보도자료를 통해 “기존 예측을 실제로 증명한 이번 발견은 별이 탄생하는 순간에 대한 역사적 기록으로 의미가 깊다”고 말했다.