우주 이야기 430 - 자식을 잡아먹는 어미별?

(Simulation of a gravitationally unstable circumstellar disk by means of hydrodynamic calculations. Protoplanetary 'embryo' form in the disc thanks to gravitational fragmentation. The three small pictures show the successive 'disappearance' of the lump by the star. Credit: (c) Eduard Vorobyov, Universität Wien)​

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 천문학자들은 오래전부터 새롭게 태어난 별 가운데 갑자기 밝기가 크게 증가하는 별들이 있다는 사실을 알고 있었습니다. 하지만 정확한 이유는 알지 못했습니다. 한 가지 가능한 가설 가운데 하나는 비엔나 대학의 천문학자 에두아르드 보로뵤프(Eduard Vorobyov)등 이 주장한 것으로 주변의 형성되는 가스 덩어리들이 흡수되면서 밝기가 증가하는 것입니다.

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 이 가설을 검증하기 위해서 하우유 리우(Hauyu Liu from European Space Observatory)가 이끄는 국제 천문학자팀이 수많은 별이 생성되는 오리온 자리의 FU Orionis의 젊은 별들을 8.2m 구경 스바루 망원경으로 관측했습니다.

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 생성되는 별 주변에는 아직 흡수되지 않은 거대한 가스와 먼지들이 모여 원시행성계 원반(Protoplanetary disc)를 형성하게 됩니다. 여기에 있는 상당량의 물질들은 다시 중력에 의해 별로 흡수되지만, 일부는 자체 중력으로 뭉쳐서 행성과 혜성, 소행성을 형성하게 됩니다. 과학자들은 이 과정이 비교적 꾸준하게 이뤄진다고 생각했습니다.

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 하지만 새로운 가설에서는 거대한 가스 덩어리들이 주변에 형성된 후 그중 일부는 행성이 되는 대신 모성으로 흡수되는 운명을 겪게 된다고 설명하고 있습니다. (위의 그림 참조) 이와 같은 과정에서 갑자기 밝기가 수백배에서 수천배까지 커질 수 있는 것입니다. 실제로 FU Orions의 별 가운데는 1년만에 250배 이상 밝아진 별도 존재합니다.

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 스바루 망원경은 적외선 영역에서 이 과정을 더 정확히 포착했습니다. 그 결과 젊은 별 주변의 원시 행성계 원반이 매끈한 고리 모양이 아니라 실제로는 덩어리 진 부분이 있는 불규칙한 구조라는 사실이 밝혀졌습니다. 과거의 주장과는 달리 실제로는 덩어리진 불규칙 구조를 가지고 있다는 것이죠.

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(Polarized intensities of four selected FU Orionis objects observed with the 8.2-meter Subaru Telescope. Significant asymmetries, such as elbows, arms and broad trends -- typical of gravitationally unstable disks -- are indicated by arrows. Credit: (c) Eduard Vorobyov, Universität Wien)

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 과학자들의 설명에 의하면 이는 일종의 카니발리즘(cannibalism)이라고 할 수 있습니다. 사실 이 가스 덩어리들은 각각 독립된 거대 가스 행성으로 자랄 수 있는 어린 행성들입니다. 그런데 부모격인 모항성에 의해 흡수된 것이죠. 이는 마치 그리스 신화의 크로노스와 비슷한 이야기입니다.

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 신화속의 크로노스는 제우스 (로마 신화의 주피터)를 제외한 자식들을 모두 먹어치웠습니다. 어쩌면 우리의 목성 역시 부모에게 먹히지 않고 살아남은 생존자일지 모르는 것이죠. 이렇게 생각하면 행성의 탄생은 우리 생각보다 더 극적인 과정인지도 모릅니다.

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 물론 이 가설은 앞으로 더 추가 연구를 통해서 검증이 필요하겠지만, 점차 좋은 망원경이 개발되면 더 상세한 과정이 밝혀지리라 기대합니다.

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 참고

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    Hauyu Baobab Liu, Michihiro Takami, Tomoyuki Kudo, Jun Hashimoto, Ruobing Dong, Eduard I. Vorobyov, Tae-Soo Pyo, Misato Fukagawa, Motohide Tamura, Thomas Henning, Michael M. Dunham, Jennifer Karr, Nobuhiko Kusakabe, Toru Tsuribe: "Circumstellar Disks of the Most Vigorously Accreting Young Stars", published online February 5, 2016.advances.sciencemag.org/content/2/2/e1500875


 http://phys.org/news/2016-02-cannibalism-stars-turbulent-sun.html#jCp