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2012년 12월 10일 월요일

우주 이야기 130 - 별과 행성의 탄생 장면을 목격하다



 


 최근 천문학자들은 지구에서 황소자리 (constellation Taurus ) 방향으로 약 450 광년 이상 떨어진 지점에 존재하는  L1527 IRS 라는 천체에서 흥미로운 사실을 발견했습니다. 이 황소자리 구름에 위치한 천체는 사실 태어나는 아기 별로 별의 일생을 생각하면 극도로 젊은 나이인 30 만년이 채 안 되 아기 별로 생각됩니다. 이 천체가 주목을 받는 것은 지금까지 발견된 것 가운데 가장 어린, 그리고 현재 생성 중인 별이기 때문입니다. 


 앞으로 전파 망원경 역사에 한획을 그으리라 기대되는 ALMA 를 이용해서 이를 관측한 존 토빈 (John J. Tobin, National Radio Astronomy Observatory ) 등의 연구자들은 특히 이 천체를 둘러싸고 있는 먼지와 일산화탄소를 관측해 이 천체가 현재 미래의 행성을 만들게 될 먼지 디스크를 가지고 있고 이 먼지 원반의 회전 속도가 사실상 케플러 회전 (Keplerian rotation) 을 하고 있다는 점을 발견했습니다. 이를 테면 이 먼지 원반들이 케플러의 법칙에 따르는 행성들 처럼 모항성 주변을 공전하고 있다는 것이죠. 


(ALMA 에 대해서는 http://blog.naver.com/jjy0501/100162002621   참조  ) 


 이들은 결국 미래의 원시 행성계 원반 (Proto planetary disk) 가 될 것이고 궁극적으로는 행성이 될 것입니다. 현재  L1527 IRS 의 가운데 있는 아기 별은 태양의 1/5 정도 질량이지만 주변에는 태양 수준의 질량의 가스가 존재합니다. 그리고 주변에 있는 먼지 디스크의 질량은 목성의 7 배에 달해서 이 중 일부만이 행성 만들기에 참가한다고 해도 목성이나 그 보다 더 큰 슈퍼 목성급 행성들을 만들 여유가 있습니다. 


 참고로 목성은 지구 질량의 318 배에 달하며 태양계의 다른 행성들을 합한 질량의 2.5 배에 달합니다. 따라서 이 먼지 디스크의 질량은 꽤 큰편입니다. 과연 이것 가운데 몇 % 가 행성 만들기에 참여하는 지는 궁금하기는 하지만 앞으로 적어도 수백만년 후 먼 미래의 일이기 때문에 지금의 우리가 알 도리는 없어 보입니다. 100 억년은 될 태양급 항성에서 30 만년이라는 것은 인간의 일생으로 치면 생후 1 주일 수준에 불과한 정도니까요. 


 아마 그것보다 이 별은 지금 태아 단계라는 표현이 더 어울릴 것입니다. 이 천체는 완전한 별이라기 보다는 protostar 로 볼 수 있는 단계로 점차 완전한 별과 행성계의 모습을 갖춰나갈 것 입니다. 하지만 완전한 형태의 별이 되기 전에 이미 케플러 회전을 하는 디스크를 초기 단계부터 갖추고 있다는 점에서 주목을 받고 있습니다.      



(Artist's conception of infant solar system: Young star pulls material from surroundings into rotating disk (right); generates outflowing jets of material (left). (Credit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF)

 좀 더 시간이 흐르면 이 천체는 주변에서 물질을 더 끌어 모음과 동시에 중력 수축에 의해 핵융합 반응이 활발해 지면서 온도가 오르고 디스크와 수직 방향으로 제트를 분사하게 될 것입니다. (Herbig–Haro objects (HH) )  어느 정도 시간이 흐르면 주변의 가스는 흡수되든지 아니면 밀려나가든지 해서 원시 행성계 원반은 점차 행성을 형성하고 주변에 가스는 대부분 사라지게 될 것입니다. 




(Herbig–Haro objects 의 사례인 HH47 의 허블 우주 망원경 사진. 5 년간 변화를 찍은 것으로 이 때 나오는 제트의 속도는 초속 수천 km 에 달함.  Animation of Hubble Space Telescope images of en:Herbig-Haro object HH47. ) 


 현재는 이 천체가 가스에 둘러쌓여 있어 이런 모습이 확실히 보이지 않지만 (하지만 자전과 수직방향으로 물질 분사는 시작된 것으로 보임) 미래에는 그렇게 되겠죠. 하지만 그 미래까지 인류가 남아있을지는 모르는 일입니다. 


 결국 우리가 이런 연구를 하는 이유는 초기 태양계와 우리가 사는 지구가 어떻게 형성되었는지를 알기 위한 노력이라고 해야겠죠. 과거 지구와 태양도 이런 환경에서 생겼을 테니 말입니다. 


 참고 




Journal Reference:

John J. Tobin, Lee Hartmann, Hsin-Fang Chiang, David J. Wilner, Leslie W. Looney, Laurent Loinard, Nuria Calvet, Paola D’Alessio. A ∼0.2-solar-mass protostar with a Keplerian disk in the very young L1527 IRS system.Nature, 2012; 492 (7427): 83 DOI: 10.1038/nature11610

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