기본 콘텐츠로 건너뛰기

우주 이야기 123 - 외계행성의 요람 PDS 70




 지난 수십년간 외계 행성에 대한 우리의 지식은 크게 늘어났습니다. 외계 행성을 간접적으로 증명한 경우는 이제 상당히 축적되었으며 직접 관측 역시 시도되는 일 가운데 하나입니다. 또 외계 행성이 생성되는 원시 행성계 원반  (Protoplanetary Disk) 에 대한 관측도 진행되어 초창기 행성계가 어떻게 생성되는 지에 대한 지식도 증가하고 있습니다. 


 최근 하시모토 준 Jun Hashimoto (National Astronomical Observatory of Japan) 및 루오빙 동 Ruobing Dong (Princeton University) 등의 과학자들이 이끄는 국제 천문학자 팀이 스바루 천체 망원경에 설치된 HiCIAO (High Contrast Instrument for the Subaru Next Generation Adaptive Optics ) 를 이용해서 지구에서 460 광년 정도 떨어진 PDS 70 이란 천체를 관측했습니다. 


 이 별은 생긴지 약 1000 만년 정도 되는 아주 어린 별로 태양과 비슷한 질량이기 때문에 더 주목을 끌고 있습니다. 사실 수명이 100 억년 정도라고 생각하면 1000 만년은 거의 생후 1 달 이내의 신생아라고 볼 수  있는 수준이죠. 이 별 주변에는 원시 행성계 원반이 잘 발달되어 있는데 아마 우리의 태양도 비슷한 시기에는 이런 모습이었을 것입니다. 


 그런데 HiCIAO 에 관측된 모습에서는 이 원시 행성계 원반에 거대한 간극이 발견되었습니다. 즉 먼지와 가스가 모여 형성된 원시 행성계 원반에 고리 처럼 빈 공간이 보인 것이죠. (아래 그림 참조) 




(PDS 70 의 실제 관측 모습. 가운데에 있는 별의 빛을 막기 위해 가린 것이며 약 140 AU 정도 길이의 원반에 간극이 확실하게 발견됨. Figure 1: HiCIAO mounted on the Subaru Telescope captured this near infrared image of the protoplanetary disk around PDS 70. A software mask blocked out the light in the immediate vicinity of the central star. The colors in the image indicate the luminosity of the infrared light; the white area has stronger infrared radiation while that of the bluer area is weaker. The black area near PDS 70, outside of the software mask, is the gap referred to in the text. (Credit: NAOJ)  )



(PDS 70 시스템에 대한 컨셉 아트 Figure 2: Artist’s rendition of PDS 70 and its two protoplanetary disks, showing the large gap between them. The gravitational force of several newborn planets is probably responsible for the development of such a huge gap between the two disks. (Credit: NAOJ)  )  


 이와 같은 거대 간극이 원시 행성계 원반에서 발견된 것이 처음은 아니지만 사실 태양과 비슷한 크기의 별에서 발견된 것 가운데는 가장 큰 것이라고 합니다. 과학자들은 이 거대 간극이 생겨난 가장 그럴듯한 이유로 새롭게 형성된 행성의 존재를 생각하고 있습니다. 즉 위의 일러스트 처럼 새로운 행성들이 생겨나면 중력으로 공전 궤도 주변의 가스와 먼지를 흡수해 크기를 키우기 때문에 원시 행성계 원반에 빈 간극이 생겨난다는 것이죠. 


 그런데 이 정도 크기의 간극을 설명하기 위해서는 사실 생성된 행성이 하나로는 부족하다고 연구팀은 생각하고 있습니다. 즉 일러스트 처럼 여러개의 행성들이 그 위치에서 형성되고 있고 그 결과 가스와 먼지가 이미 중력으로 흡수되어 현재 이 간극이 형성된 것이라는 이론입니다. 


 이 연구는 스바루 천체 망원경을 이용한 Strategic Exploration of Exoplanets and Disks with Subaru (SEEDS) 연구의 결실입니다. 이 연구는 2009 년 부터 태양과 비슷한 질량의 별이 형성될 때 생기는 원시 행성계 원반을 관측하는 것을 목표로 진행되었고 PDS 70 에서 아마도 우리 태양계가 형성되었을 때 보였던 것 같은 패턴을 찾아냈습니다. 


 아마 우리 태양계도 생성 당시 이런 과정을 한번 거쳤을 것입니다. 즉 토성, 목성, 해왕성, 천왕성등 거대  가스 행성들이 먼지와 가스를 삼켜 원시 행성계 원반 안쪽에 가스가 없는 큰 간극이 생겨났을 것입니다. 남은 부분들은 도넛 모양으로 이를 둘러싸고 있다가 카이퍼 벨트 및 오르트 구름의 재료가 되었을 것입니다. 


 이런 연구를 통해 우리의 태양계가 초기에 어떻게 생성되었는지에 대한 힌트를 얻을 수 있는 것은 물론이고 태양계가 우주에서 특별하지 않은 매우 흔한 행성계 중 하나일 것이라는 추론도 가능하게 합니다. 그렇다면 지구와 같은 외계 행성을 찾는 우리의 노력도 전혀 의미 없거나 불가능한 일이 아니겠죠. 미래에 보다 강력한 망원경이 도입되면 더 자세한 관측이 가능해질 것으로 기대합니다. 



 참고 




 J. Hashimoto, R. Dong et al. POLARIMETRIC IMAGING OF LARGE CAVITY STRUCTURES IN THE PRE-TRANSITIONAL PROTOPLANETARY DISK AROUND PDS 70: OBSERVATIONS OF THE DISK. The Astrophysical Journal. 2012 ApJ 758 L19 doi:10.1088/2041-8205/758/1/L19



댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...