MWC 480의 원시행성원반에서 복잡한 유기분자가 발견되다.

 

Credit:B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

 

그림 1> 이 그림은 MWC 480 을 둘러싼 원시행성원반을 묘사한 상상화이다.

ALMA가 이 원시행성원반의 바깥쪽에서 복잡한 유기분자인 메틸시아나이드를 감지해냈는데 이 지역은 혜성이 형성되는 지점으로 추측되는 곳이기도 하다.

이러한 사실이 담고 있는 또다른 의미는 잠재적으로 생명체를 만드는데 필요한 조건이기도 한 복잡한 유기화학이 전 우주적인 현상이라는 것을 의미하는 것이기도 하다.

 

MWC 480의 원시행성원반에서 복잡한 유기분자가 발견되다.

 

갓 태어난 별 주위를 둘러싼 원시행성원반에서 생명체를 구성하는 기본 벽돌이라 할 수 있는 복잡한 유기분자의 존재가 처음으로 탐지되었다.

ALMA를 이용하여 성취된 이번 발견은 태양과 지구간의 관계에서 수많은 생명체들을 가능케 했던 조건이 우주에서 독보적인 것이 아니라는 것을 재확인시켜준 것이다.

이번 연구 결과는 2015년 4월 9일 네이처 지에 개재되었다.

 

어린 별 MWC 480[1] 을 둘러싸고 있는 원시 행성 원반에서 복잡한 탄소성 분자인 메틸 시아나이드(아세토니트릴, CH3CN)가 상당량 포함되어 있다는 것이 ALMA를 이용한 관측 결과 밝혀졌다.

 

MWC 480 주변에는 지구의 바다를 채우기에 충분한 만큼의 메틸 시아나이드가 존재하고 있었다.

메틸 시아나이드 및 이보다 단순한 사촌격의 분자인 시안화수소(HCN) 가 새로 생성된 원반의 외곽쪽, 기온이 낮은 지역에서 발견되었는데 천문학자들은 이 지역이 해왕성 너머 미행성과 혜성의 왕국인 태양계의 카이퍼 벨트에 대응되는 지역일 것으로 생각하고 있다.

 

혜성들은 행성들이 형성되던 시기로부터 유래하는 태양계 초기의 화학적 기록에 대한 태초의 기록을 보유하고 있다.

태양계 외곽으로부터 날아들어오는 혜성과 소행성들은 초기 지구에 물과 유기분자의 씨앗을 뿌려 원시 생명체의 발현을 위한 무대를 만들었을 것으로 생각되고 있다.

이번 논문의 주저자이자 하바드-스미스소니언 천체물리학 센터의 천문학자인 카린 외베르그(Karin Öberg)의 설명은 다음과 같다.
"혜성과 소행성들에 대한 연구는 태양과 행성들을 보듬어낸 태양 형성 이전의 별구름에 물과 복잡한 유기 화합물이 풍부하게 존재하고 있었음을 알려주고 있습니다. 

지금 우리는 이와 동일한 화학적 조성이 우주의 다른 곳에도 존재하며, 우리와 전혀 다를바 없는 행성계가 이곳에 생성될 수도 있다는 증거를 가지게 된 것입니다." 
 
외베르그는 MWC 480에서 발견된 분자들이 태양계의 혜성들에게서 발견되는 것과 같은 유사한 집중 양상을 보인다는 점이 특별히 흥미를 끈다고 강조했다.

 

MWC 480은 태양의 두배에 달하는 질량을 가지고 있으며 황소자리 별 생성 지역으로 지구로부터 455광년 거리에 위치하고 있다.

 

Credit:ESO/Digitized Sky Survey 2

 

사진 1> 이 사진은 황소자리에 자리잡고 있는 어린 별 MWC 480 과 그 주변의 하늘을 보여주고 있다.

이 사진은 DSS2의 일환으로 제작한 사진을 조합하여 만들어진 것이다.

 

이 별을 둘러싸고 있는 원반은 매우 이른 생성 초기 단계에 있으며 최근 차갑고 어두운 먼지와 가스구름으로부터 만들어졌다.

 

ALMA와 다른 빛통들을 이용한 연구는 비록 높은 해상도를 이용한 관측을 통해 이 별과 유사한 나이인 황소자리 HL 별과 유사한 구조를 밝혀줄지 모르지만 이곳에서 행성의 형성이 진행되고 있다는 명확한 신호를 탐지해내야만 한다.

천문학자들은 때때로 차갑고 어두운 성간 구름들이 시안화물로 알려져 있는 일단의 분자들을 포함하여 복잡한 유기분자들을 만들어내는 매우 효과적인 공장임을 알고 있다. .

 

시안화물과 대부분의 특별한 메틸 시아나이드들은 탄소-질소 결합을 포함하고 있기 때문에 매우 중요하다.
탄소-질소 결합은 아미노산을 형성하는데 있어 필수적인 요소이며 아미노산은 생명체의 기본 벽돌이라 할 수 있는 단백질을 형성하는 기본 요소이다.

 

그러나 아직까지 여전히 불분명한 부분은 남아있다.

만약 새로 생성된 행성계의 왕성한 에너지활동이 가득찬 환경에서 이와 같은 복잡한 유기 분자들이 대체적으로 형성되고 유지된다면 이 지역에 있는 충격파와 강력한 복사들은 그 화학적 연결양상을 쉽게 부숴버릴 수도 있다.

 

ALMA의 독보적인 해상도[2]를 활용함으로써 천문학자들은 최근 관측으로부터 이 분자들이 단순히 유지될 뿐만 아니라 대단히 많이 존재한다는 것도 볼 수 있었다.

중요한 것은 ALMA가 탐지해낸 분자의 양이 성간 별구름에서 발견되는 것보다 훨씬 더 많게 존재하고 있었다는 것이다.

 

이러한 사실은 원시행성원반이 복잡한 유기분자들을 매우 효과적으로 생성하고 있으며 그것도 상대적으로 짧은 시간에 이루어지고 있다는 사실을 말해주고 있는 것이다.[3]

 

이 곳은 진화를 계속하고 있기 때문에 천문학자들은 유기 분자들이 혜성이나 다른 얼음 천체들에 안전하게 보관될 것이고 생명체를 보듬어낼 수 있을만한 환경으로 운반될 것이라고 추측하고 있다.

 

외베르그의 결론은 다음과 같다.
"외계행성에 대한 연구로부터 우리는 태양계가 많은 행성을 거느렸다는 점에 있어서도, 그리고 풍부한 물을 가지고 있다는 측면에 있어서도 전혀 특별한 곳은 아니라는 점을 알게 되었습니다.
지금 우리는 우리가 유기화학적으로 전혀 독특하지 않다는 것을 알고 있으며 더이상 우리는 특별한 존재가 아니라는 것을 배워왔습니다.
우주적 관점을 지닌 생명체로서 보건대, 이는 정말 멋진 소식이 아닐 수 없습니다."

  

각주
[1] 이 별의 나이는 고작 백만년 밖에 되지 않았다. 참고로 현재 태양의 나이는 40억년 이상이다. 
MWC 480 이라는 이름은 스펙트럼 선상에서 밝은 수소 선을 보여주는 윌슨산 목록(the Mount Wilson Catalog) B의 A 별이라는 의미를 담고 있다.

 

[2] ALMA는 우주의 분자들이 자연적으로 복사하는 희미한 밀리미터 파장의 복사도 감지해낼 수 있다.

가장 최근에 수행된 관측을 위해 천문학자들은 ALMA의 안테나가 가장 낮은 해상도 구성을 갖추고 있었던 당시 66개 안테나의 일부만을 활용하였다. 

이 천체 및 다른 원시 행성원반에 대한 추가 연구가 ALMA의 전체 안테나와 완벽한 성능으로 진행된다면 별과 행성의 화학적, 구조적 진화양상에 대해 더 많은 세부적인 내용을 알 수 있게 될 것이다.

 

[3] 분자들을 빠르게 만들어내는 것은 이 분자들을 파괴시키는 속도을 넘어서는데 있어 대단히 중요한 요소이기도 하다. 
게다가 이 분자들은 원시행성원반에서 상대적으로 고요한 지역에 해당하는 중심별로부터 45억 킬로미터에서 150억 킬로미터 범위의 지역에서 감지된 것이다. 
이러한 거리는 태양계를 기준으로 봤을 때는 매우 먼 거리이지만 MWC 480 의 규모를 고려해봤을 때 혜성들이 형성되는 지역과 딱 맞아 떨어지게 된다.

 

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release  2015년 4월 8일자 
         http://www.eso.org/public/news/eso1513/

 

참고 : MWC 480을 비롯한 각종 별들에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.    
           https://big-crunch.tistory.com/12346972 

참고 : 각종 외계행성에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

원문>

eso1513 — Science Release

Complex Organic Molecules Discovered in Infant Star System

Hints that the building blocks of the chemistry of life are universal

8 April 2015

For the first time, astronomers have detected the presence of complex organic molecules, the building blocks of life, in a protoplanetary disc surrounding a young star. The discovery, made with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), reaffirms that the conditions that spawned the Earth and Sun are not unique in the Universe. The results are published in the 9 April 2015 issue of the journal Nature.

The new ALMA observations reveal that the protoplanetary disc surrounding the young star MWC 480 [1] contains large amounts of methyl cyanide (CH₃CN), a complex carbon-based molecule. There is enough methyl cyanide around MWC 480 to fill all of Earth’s oceans.

Both this molecule and its simpler cousin hydrogen cyanide (HCN) were found in the cold outer reaches of the star’s newly formed disc, in a region that astronomers believe is analogous to the Kuiper Belt — the realm of icy planetesimals and comets in our own Solar System beyond Neptune.

Comets retain a pristine record of the early chemistry of the Solar System, from the period of planet formation. Comets and asteroids from the outer Solar System are thought to have seeded the young Earth with water and organic molecules, helping set the stage for the development of primordial life.

“Studies of comets and asteroids show that the solar nebula that spawned the Sun and planets was rich in water and complex organic compounds,” noted Karin Öberg, an astronomer with the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, USA, and lead author of the new paper.

“We now have even better evidence that this same chemistry exists elsewhere in the Universe, in regions that could form solar systems not unlike our own.” This is particularly intriguing, Öberg notes, since the molecules found in MWC 480 are also found in similar concentrations in the Solar System’s comets.

The star MWC 480, which is about twice the mass of the Sun, is located 455 light-years away in the Taurus star-forming region. Its surrounding disc is in the very early stages of development — having recently coalesced out of a cold, dark nebula of dust and gas. Studies with ALMA and other telescopes have yet to detect any obvious signs of planet formation in it, although higher resolution observations may reveal structures similar to HL Tauri, which is of a similar age.

Astronomers have known for some time that cold, dark interstellar clouds are very efficient factories for complex organic molecules — including a group of molecules known as cyanides. Cyanides, and most especially methyl cyanide, are important because they contain carbon–nitrogen bonds, which are essential for the formation of amino acids, the foundation of proteins and the building blocks of life.

Until now, it has remained unclear, however, if these same complex organic molecules commonly form and survive in the energetic environment of a newly forming solar system, where shocks and radiation can easily break chemical bonds.

By exploiting ALMA’s remarkable sensitivity [2] astronomers can see from the latest observations that these molecules not only survive, but flourish.

Importantly, the molecules ALMA detected are much more abundant than would be found in interstellar clouds. This tells astronomers that protoplanetary discs are very efficient at forming complex organic molecules and that they are able to form them on relatively short timescales [3].

As this system continues to evolve, astronomers speculate that it’s likely that the organic molecules safely locked away in comets and other icy bodies will be ferried to environments more nurturing to life.

“From the study of exoplanets, we know the Solar System isn’t unique in its number of planets or abundance of water,” concluded Öberg. “Now we know we’re not unique in organic chemistry. once more, we have learnt that we’re not special. From a life in the Universe point of view, this is great news.”

Notes

[1] This star is only about one million years old. By comparison the Sun is more than four billion years old. The name MWC 480 refers to the Mount Wilson Catalog of B and A stars with bright hydrogen lines in their spectra.

[2] ALMA is able to detect the faint millimetre-wavelength radiation that is naturally emitted by molecules in space. For these most recent observations, the astronomers used only a portion of ALMA’s 66 antennas when the telescope was in its lower-resolution configuration. Further studies of this and other protoplanetary discs with ALMA’s full capabilities will reveal additional details about the chemical and structural evolution of stars and planets.

[3] This rapid formation is essential to outpace the forces that would otherwise break the molecules apart. Also, these molecules were detected in a relatively serene part of the disc, roughly 4.5 to 15 billion kilometres from the central star. Though very distant by Solar System standards, in MWC 480’s scaled-up dimensions, this would be squarely in the comet-forming zone.

More information

This research was presented in a paper entitled “The Cometary Composition of a Protoplanetary Disk as Revealed by Complex Cyanides” by K.I. Öberg et al., to appear in the journal Nature on 9 April 2015.

The team is composed of Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Viviana V. Guzmán (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Kenji Furuya (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, the Netherlands), Chunhua Qi (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Yuri Aikawa (Kobe University, Kobe, Japan), Sean M. Andrews (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Ryan Loomis (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics) and David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics).

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the US National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science Council of Taiwan (NSC) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

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Links

• Science paper in Nature
• Photos of ALMA

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Email: koberg@cfa.harvard.edu

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