우주 이야기 341 - 원시 행성계 원반에서 포착된 다수의 고리?

 원시 행성계 원반(protoplanetary disk)은 원시별 주변에 발생하는 가스와 먼지의 집합체로 결국 이들이 뭉쳐 행성계가 탄생한다고 보고 있습니다. 과학자들은 이 가설을 지지할 여러 관측 결과들을 찾아냈습니다. 그리고 동시에 원시 행성 탄생의 더 상세한 메커니즘을 알기 위해서 노력하고 있습니다. 

 일본 국립 천문대(National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ))가 이끄는 SEED 팀(Strategic Exploration of Exoplanets and Disks)은 지구에서 180광 년 떨어진 위치에 있는 젊은 별 TW Hydrae (TW Hya)를 스바루 망원경을 통해서 관측했습니다. 이 별은 생긴지 700만년에서 1000만년 정도 되는 젊은 별로 주변에는 아직 상당한 크기의 원시 행성계 원반이 남아 있습니다.

 이전의 허블 우주 망원경 관측 결과와 새로운 스바루 망원경 관측 결과는 이 원시 행성계 원반에서 현재 행성이 생성 중에 있다는 유력한 증거를 제시했습니다. 왜냐하면 마치 토성의 고리처럼 원반에서 먼지와 가스가 없는 틈새들이 발견되었기 때문이죠. 틈새가 만들어진 원인이 새로 생성된 행성에서 물질을 흡수해서라고 생각하면 쉽게 설명될 수 있는 관측 결과 입니다. 

(TW Hydrae의 허블 우주 망원경 이미지 및 스바루 망원경 이미지.  The protoplanetary disk around TW Hya. (Left) The near infrared image obtained by the HST shows the ring-like gap at 80 AU. (Right) The new image taken by the Subaru telescope is shown with the observed HST radius of 80 AU represented by a dashed circle. The orbital radius of Uranus represented by the thin solid line circle is superposed on the image as a reference. The dark filled circle at the center indicates a software mask with radius of 11 AU. The ring-like gap was newly discovered at 20 AU from the central star. The surface brightness is multiplied by r2 in both of the images for emphasizing the gaps, where r is the distance from the central star. Credit: NAOJ)

 2013년 허블 우주 망원경 관측에서 이 원시 행성계 원반에는 80AU(1AU는 1.5억km) 거리에 작은 틈새가 있었습니다. 이번 연구팀은 H-band (1.6 μm) 영역에서 0.1-1㎛ 크기의 미세 입자를 관측해서 이전 관측보다 더 상세한 결과를 얻을 수 있었습니다. 

 그 결과 모성에서 20AU 거리에 새로운 틈새가 발견되었습니다. 즉 안쪽에서도 새로 생성되는 행성이 있는 것입니다. 아마도 20AU 보다 훨씬 안쪽에서 생성되는 행성이 존재할 가능성도 있을 것입니다. 다만 아직 관측 기술의 한계로 확인하지 못하는 것이겠죠. 

(새로운 관측 결과를 토대로 재구성한 TW Hydrae 원시 행성계 원반의 개념도. Artist rendition of the TW Hydrae showing double ringed structure with flare up toward the outer edge. Credit: NAOJ )

 아마 45억년 전 태양계의 모습과 이와 비슷했을 것입니다. 단지 차이점이라면 아직 관측 기술의 한계로 태양에서 가까운 위치에 있는 작은 행성들을 발견하지 못한 점이겠죠.

 연구팀은 앞으로 밀리미터 크기나 그보다 더 큰 입자들의 분포를 알기 위해 Atacama Large Millimeter Array (ALMA)를 이용해서 이 원시 행성계를 연구하는 계획을 세우고 있습니다. 아마도 현재 건설 중인 지상과 우주의 망원경들이 완성되면 이 원시 행성계의 더 상세한 이미지를 얻게 될 가능성이 높습니다. 이를 통해서 우리는 우리 태양계의 과거가 어땠는지를 더 확실히 알 수 있을 것입니다. 

참고 

"Discovery of a Disk Gap Candidate at 20 AU in TW Hydrae." arxiv.org/abs/1503.01856

http://phys.org/news/2015-06-discovery-multiple-ring-like-gaps-protoplanetary.html