지구에서 약 63.4 광년 떨어진 화가자리 베타별 (Beta Pictoris, β Pic, β Pictoris) 은 태양 질량의 1.75 배, 밝기는 8.7 배 정도 되는 젊은 별입니다. 겉보기 등급 3.8 정도로 지구에서도 볼 수 있죠. 탄생한지 800 - 2000 만년 정도 되는 것으로 추정되는 이 별은 몇가지 중요한 특징으로 인해 과학자들의 관심을 받고 있는데 그것은 이별 주위에 잘 발달된 먼지 디스크와 원시 행성 때문입니다. 즉 행성이 형성되는 과정을 연구하는데 매우 중요한 별로 생각되고 있습니다.
(화가자리 베타별 주변의 먼지 디스크와 형성되는 행성들의 상상도.
This is an artist's conception of the view toward the young star Beta Pictoris from the outer edge of its disk. Beta Pictoris is a 12 million year old star located only 19 parsecs from the Sun. It is surrounded by a disk of dust and gas produced by collisions between, and evaporation of, asteroids and comets. A giant planet may have already formed, and terrestrial (Earth-like) planets may be forming.
A young terrestrial planet gaining mass by collision with an asteroid is shown just to the right of center. The planet is dry and without an atmosphere. It will likely acquire one later from the impact of water asteroids, or other kinds of ice-rich asteroids.
Credit : NASA/FUSE/Lynette Cook )
이미 유럽 남방 천문대 (ESO) 는 화가자리 베타별 주위를 도는 외계 행성의 이미지를 직접 촬영하는데 성공했습니다. 화가자리 베타 b (Beta Pictoris b) 는 목성 질량의 4 - 11 배 정도 되는 대형 가스형 행성으로 모성 주변을 8-9 AU 정도에서 공전하고 있습니다. 천문학자들은 직접 확보한 영상을 통해 이 행성이 목성 보다 지름이 약 65% 정도 더 크다는 것을 알고 있습니다. 하지만 이것보다 더 흥미로운 사실은 형성중인 것 같은 행성들과 소행성, 그리고 혜성의 증거가 보인다는 점이죠.
(화가자리 베타 b 의 직접 이미지 Credit : ESO/A.-M. Lagrange et al )
(허블 우주 망원경이 포착한 화가자리 베타 별 주변의 먼지 디스크, 적어도 두개 이상의 먼지 원반이 사진에서 확인됨.
Hubble Sees Two Dust Disks Around Beta Pictoris
This Hubble Space Telescope view of Beta Pictoris clearly shows a primary dust disk and a much fainter secondary dust disk. The secondary disk extends at least 24 billion miles from the star and is tilted roughly 4 to 5 degrees from the primary disk. The secondary disk is circumstantial evidence for the existence of a planet in a similarly inclined orbit. The planet may have indirectly formed the secondary disk by sweeping up smaller planetesimals – chunks of rock and/or ice – from the main disk. The planetesimals then collide, producing the dust seen in the disk. The image, taken with the Advanced Camera for Surveys (ACS), is the sharpest visible-light view of the disks around Beta Pictoris. Credit : Holland Ford (Johns Hopkins University) and Garth Illingworth (University of California at Santa Cruz)/ NASA )
화가자리 베타 별에는 완전히 형성된 별은 한개 밖에 확인되지 않았지만 오히려 그것 때문에 더 주목을 받고 있습니다. 즉 주변의 먼지 디스크가 다수 존재하고 여기에서는 밀도가 높은 지역이 확인되면서 행성이 형성중에 있는 것으로 보인다는 점입니다. 이들 먼지 벨트에는 작은 미행성 (planetesimals) 들이 존재할 것으로 보이며 이들은 결국 점점 합쳐져 원시 행성 (protoplanet), 그리고 마침내 행성 (planet) 이 되는 것으로 보입니다. 반대로 이들이 서로 빠른 속도로 충돌하면 먼지 벨트에 더 작은 입자들을 공급할 수도 있습니다.
과학자들은 태양계에서도 형성 초기에 이와 같은 일이 있었다고 생각하지만 시간을 거슬러 올라가 그 시점을 확인할 수는 없습니다. 대신 탄생한지 얼마 안되는 태양계를 세밀하게 관측하므로써 우리 태양계나 다른 태양계가 어떤 메카니즘으로 형성되는지 확인할 수 있습니다. 따라서 지구에서 가까운 위치에서 새로운 행성들이 탄생하고 있는 화가자리 베타별은 중요한 연구 대상이라고 하겠습니다.
이 화가자리 베타별을 향해서 차세대 외계 행성 사냥꾼이 얻은 첫 이미지를 공개했습니다. 칠레와 하와이에 고산지대에 설치된 두개의 8.19 미터 구경 천체 만원경인 제미니 천문대 (Gemini Observatory, 물론 쌍둥이자리 란 뜻. 미국, 캐나다, 브라질, 아르헨티나, 호주, 칠레가 협력해서 건설한 국제 천문대) 는 각각 북반구와 남반구에서 협력으로 천체를 관측하고 있는데 최근 칠레에 설치된 망원경에 Gemini Planet Imager (GPI) 라는 새로운 장치가 설치되었습니다. GPI 는 적외선 영역에서 외계 행성을 관측하는 간접적인 방법이 아닌 직접 이미지를 얻는 것을 목표로 하고 있습니다. 여기에 행성을 형성하는 먼지 원반을 관측하는 임무도 같이 수행합니다.
GPI 는 테스트를 겸해서 이미 알려져 있는 외계 행성과 먼지 디스크들을 관측했는데 매우 용이하게 화가자리 베타 b 와 HR4796A 라는 다른 별의 먼지 원반을 관측하는데 성공했다고 합니다.
(GPI 가 관측한 화가자리 베타 b Gemini Planet Imager's first light image of Beta Pictoris b, a planet orbiting the star Beta Pictoris. The star, Beta Pictoris, is blocked in this image by a mask so its light doesn't interfere with the light of the planet. In addition to the image, GPI obtains a spectrum from every pixel element in the field of view to allow scientists to study the planet in great detail. Beta Pictoris b is a giant planet – several times larger than Jupiter -- and is approximately ten million years old. These near-infrared images (1.5-1.8 microns) show the planet glowing in infrared light from the heat released in its formation. The bright star Beta Pictoris is hidden behind a mask in the center of the image. Credit: Processing by Christian Marois, NRC Canada.)
GPI 는 역사상 가장 정밀한 관측 기기로, 과학자들은 향후 외계 행성의 이미지를 직접 촬영하는데 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있습니다. 2014 년 부터 본격 활약에 들어가는 GPI 는 우선 600 개의 젊은 별을 관측해 주변의 행성과 원시 행성계 원반, 먼지 원반 등을 관측할 예정이라고 합니다. 근미래에 관측 결과에 따라서 외계 행성과 소행성대, 먼지 원반등의 존재가 더 상세하게 드러날 수 있을 것으로 기대됩니다. 다른 말로 이야기 하면 이제 외계 행성의 사진을 직접 찍을 때가 된 것이죠.
참고
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