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우주 이야기 977 - 가스를 모으는 원시 행성 포착



(Artist impression of gas flowing like a waterfall into a protoplanetary disk gap, which is most likely caused by an infant planet. Credit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

(An artist's conception of the disk of gas and dust rotating around the young star HD 163296. Gas can be seen cascading into gaps in the disk--likely indicating the formation of baby planets in these locations. Credit: Robin Dienel, Carnegie Institution for Science.)

(Scientists measured the motion of gas (arrows) in a protoplanetary disk in three directions: rotating around the star, towards or away from the star, and up- or downwards in the disk. The insert shows a close-up of where a planet in orbit around the star pushes the gas and dust aside, opening a gap. Credit: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton)


 행성은 아기별 주변의 가스와 먼지의 모임인 원시 행성계 원반에서 생성됩니다. 이는 오랜 세월 이론상의 추정이었으나 최근에는 관측 기술의 발전으로 구체적인 검증이 가능해졌습니다. 특히 세계 최대의 전파 망원경 가운데 하나인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)는 강력한 분해능과 더불어 먼지나 가스가 많은 환경을 투과하는데 유리한 밀리미터파/서브 밀리미터파 영역에서 관측을 하기 때문에 갖 태어난 행성을 관측하는데 제격입니다. 


 미시간 대학의 리처드 테그 (Richard Teague from the University of Michigan)와 그 동료들은 새로 태어난 별 HD 163296 주변의 원시 행성계 원반을 관측했습니다. 원시 행성계 원반을 구성하는 성분의 99%는 사실 가스로 별 자체와 마찬가지로 수소가 가장 흔한 물질입니다. 하지만 ALMA가 관측할 수 있는 영역에서 가장 밝게 빛나는 물질은 일산화탄소(CO)이기 때문에 과학자들은 이를 바탕으로 원시 행성계 원반의 구조를 확인합니다. 


 이번 연구에서 주목할 점은 원시 행성이 주변에서 가스를 흡수한 모습을 확인할 수 있다는 것입니다. 연구팀 ALMA의 고해상도 데이터인 Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) 데이터를 분석해 원시 행성계 원반에서 87, 140, 237AU 떨어진 지점에 각각 목성 질량의 0.5/1/2배에 달하는 원시 행성이 생겼다는 사실을 확인했습니다. 다 중요한 것은 이 행성들이 디스크 단면의 중앙에서 가스를 모으면서 커지고 있다는 서실입니다. 마치 폭포수처럼 가스가 중심부로 떨어지면서 행성 주변으로 모이고 있습니다. (모식도 참조) 



 과학자들은 1990년대부터 이론적 연구를 통해 새로 생성되는 행성이 별의 강력한 항성풍과 복사 에너지를 피해 원반 단면의 중간층에서 생성될 것으로 예측했습니다. 이번 연구 결과는 이 가설을 지지하는 것으로 가스의 분포는 물론 흐름까지 측정한 ALMA 관측 데이터 덕분에 가설 검증이 가능했습니다. 앞으로 인류의 지식 발전을 위해 ALMA 같은 고성능 장비가 더 필요한 이유입니다. 


 참고 


Meridional flows in the disk around a young star, Nature, DOI: 10.1038/s41586-019-1642-0 , https://nature.com/articles/s41586-019-1642-0
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