(A computer model reproduces the two-spiral-arm structure; the "x" is the location of a putative planet. The planet, which cannot be seen directly, probably excites the two spiral arms. Credit: NASA, ESA, ESO, M. Benisty et al. (University of Grenoble), R. Dong (Lawrence Berkeley National Laboratory), and Z. Zhu (Princeton University) )
(Observations taken by the European Southern Observatory's Very Large Telescope show a protoplanetary disk around the young star MWC 758. The disk has two spiral arms that extend over 10 billion miles from the star. Credit: NASA, ESA, ESO, M. Benisty et al. (University of Grenoble), R. Dong (Lawrence Berkeley National Laboratory), and Z. Zhu (Princeton University) )
천문학자들은 태양계 생성의 비밀과 행성의 생성을 연구하기 위해 이제 막 탄생하는 별들을 주의깊게 관측하고 있습니다. 우리 태양계 역시 비슷한 과정을 거쳐서 생성되었을 뿐 아니라 우주에 지구나 목성 같은 행성이 얼마나 흔한지 알수 있기 때문입니다.
유럽 남방 천문대(ESO)의 대형 망원경인 VLT(Very Large Telescope)은 탄생한지 수백만 년 밖에 되지 않은 젊은 별 주변에서 아주 독특하게 생긴 별주위 디스크(circumstellar disks)를 관측했습니다. MWC 758(사진)과 SAO 206462라는 별 주변의 가스와 먼지 디스크가 위의 사진에서 보는 것처럼 원이 아니라 나선 모양으로 감겨있습니다.
태어난지 얼마 안된 별 주변에는 행성의 재료가 될 가스와 먼지가 서로 중력에 의해 합체되면서 미행성을 형성합니다. 이들이 어느 정도 합체되어 커지면 원시 행성계 원반에서 가스와 먼지를 더 흡수해 간극과 고리(Gap and rings)가 형성되게 됩니다. 행성이 있는 부위에는 물질이 별로 없는 간극이 있고 그 사이에는 아직 흡수되지 않은 물질이 고리를 형성하게 되죠. 사실 대부분의 초기 행성계는 이런 모습입니다.
따라서 MWC 758 주변의 나선 모양의 독특한 소용돌이는 과학자들을 놀라게 만들기 충분했습니다. 많은 과학자들이 이를 설명하기 위해 노력했지만, 정확한 이유를 설명하지는 못했습니다.
미국 로렌스 버클리 국립 연구소의 루오빙 동(Ruobing Dong of Lawrence Berkeley National Laboratory)과 프린스턴 대학의 자오환 주(Zhaohuan Zhu of Princeton University) 박사는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이 문제를 해석했습니다
이들의 시뮬레이션 결과에 의하면 (위의 사진) 이 독특한 소용돌이 모양은 거대한 행성이 형성된다고 가정하면 설명이 가능하다고 하네요. 원시 행성계 원반에서 목성 질량의 10배에 달하는 거대 행성이 형성되면 이 행성의 큰 중력과 자전에 의해 원반 물질의 움직임이 변하게 됩니다. 이는 지구에서 봤을때 마치 소용돌이 같은 모습으로 나타난다는 것이 연구팀의 설명입니다.
이 연구 결과가 옳다면 앞으로 이런 모습의 원시 행성계 원반은 거대 행성의 생성을 의미하는 것으로 파악할 수 있습니다. 더구나 질량을 대략적으로 추정할 수 있게 되면서 새로 생성되는 행성의 크기와 분포도 알 수 있습니다.
다만 이 가설을 증명할 결정적인 자료는 아직 없습니다. 물론 결정적인 자료란 실제 행성을 관측하는 것을 의미합니다. 불행히 현재 있는 망원경으로는 이를 관측하기 어렵지만 연구팀은 2018년 이후 발사될 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능을 이용하면 관측이 가능해질 것으로 기대하고 있습니다.
허블 우주 망원경의 후계자인 제임스 웹 우주 망원경은 허블 망원경보다 훨씬 큰 주경(6.5m, 허블 우주 망원경은 2.4m)을 사용하기 때문에 허블 우주 망원경으로는 볼 수 없는 작은 천체도 관측이 가능합니다. 제임스 웹 우주 망원경이 이 소용돌이 디스크를 관측하면 그 비밀도 결국 풀리게 될 것으로 기대됩니다.
참고
"Observational Signatures of Planets in Protoplanetary Disks II: Spiral Arms Observed in Scattered Light Imaging Can be Induced by Planets," Ruobing Dong et al., 2015 August 10, Astrophysical Journal Letters, iopscience.iop.org/article/10.1088/2041-8205/809/1/L5, On Arxiv:arxiv.org/abs/1507.03596
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