우주의 신비를 풀어줄 새로운 관측 결과가 천문학계의 이목을 집중시키고 있다. 최근 캐나다 웨스턴대학교 연구진은 제임스 웹 우주망원경을 활용하여 지구로부터 약 1만 광년 떨어진 행성상 성운 'Tc1'을 정밀 관측한 데이터를 공개했다. 이번 관측에서는 과거에는 확인하기 어려웠던 성운 내부의 미세한 구조들이 뚜렷하게 포착되었으며, 특히 탄소 원자로 이루어진 특이 분자인 '버키볼'의 독특한 분포 형태가 새롭게 확인되어 학계의 비상한 관심을 모으고 있다.

 

풀러렌으로도 불리는 이 특수한 분자는 예순 개의 탄소 원자가 오각형과 육각형 형태로 결합하여 마치 축구공과 흡사한 기하학적 형태를 띠고 있다. 완벽에 가까운 대칭 구조 덕분에 외부에서 가해지는 물리적 충격을 사방으로 고르게 분산시키는 성질을 지니며, 극심한 열기 속에서도 고유의 형태를 잃지 않는 탁월한 안정성을 자랑한다. 또한 중심부가 비어 있는 특유의 공간적 특성으로 인해 현대 의학 분야에서는 특정 약물을 체내의 목표 지점까지 운반하는 매개체로 활용하기 위한 연구가 활발하게 진행 중이다.

 

이 흥미로운 물질의 존재가 처음 확인된 것은 우주 환경을 모사하던 실험실에서였다. 1980년대 중반 영국 연구진은 별 주변의 탄소 결합을 연구하던 중 우연히 이 분자를 합성해 냈고, 이 업적으로 노벨 화학상을 수상하는 영예를 안았다. 이후 자연계에서도 동일한 물질이 존재한다는 사실이 밝혀졌으나, 실제 우주 공간에서 이 분자가 관측된 것은 그로부터 이십여 년이 지난 2010년 스피처 우주망원경을 통해서였다. 당시 관측을 주도했던 얀 카미 교수 연구팀이 이번에 제임스 웹 망원경으로 동일한 성운을 다시 들여다본 것이다.

 

새로운 중적외선 관측 장비를 통해 얻은 이미지 분석 결과, 성운 내부에 존재하는 버키볼들은 무질서하게 흩어져 있는 것이 아니라 일정한 패턴을 형성하고 있음이 밝혀졌다. 수많은 미세 분자들이 수명을 다한 중심별을 둥글게 감싸며 마치 거대한 하나의 공 껍질과 같은 층을 이루고 있는 현상이 포착된 것이다. 이와 더불어 성운의 한가운데에서는 기존에 알려지지 않았던 뒤집힌 물음표 형태의 기이한 구조물이 새롭게 발견되어 천문학자들에게 또 다른 분석 과제를 안겨주었다.

 

행성상 성운은 태양과 유사한 질량을 가진 항성이 진화의 마지막 단계에서 외곽의 가스를 우주 공간으로 방출하면서 형성되는 천체다. 지구상에서 버키볼은 유기물이 불완전하게 타들어 갈 때 주로 만들어지는데, 연구진은 우주 공간에서도 이와 유사하게 고온이면서 탄소 비율이 압도적으로 높은 환경이 분자 형성에 영향을 미쳤을 것으로 추정하고 있다. 특히 이 분자는 생명체 탄생의 기초가 되는 복잡한 유기 화합물로 진화하는 중간 단계 물질과 화학적으로 깊은 연관성을 맺고 있어 그 연구 가치가 높다.

 

이러한 탄소 기반의 분자들은 성간 물질이나 운석 등 다양한 우주 환경에서 드물게 발견되지만, 현재까지 확인된 수백 개의 행성상 성운 가운데 이를 품고 있는 곳은 극소수에 불과하여 그 생성 조건은 여전히 풀리지 않은 수수께끼로 남아 있다. 카미 교수 연구팀은 제임스 웹 우주망원경이 제공한 방대한 분자 화학적 데이터를 바탕으로 성운 전체의 가스 분포와 물질적 특성을 상세히 분석하는 작업에 착수했다. 연구진은 조만간 관측 데이터를 종합한 다수의 과학 논문을 학계에 공식적으로 발표할 예정이다.