우주 이야기 590 - 삼성계가 형성되는 과정을 목격하다

(ALMA image of the L1448 IRS3B system, with two young stars at the center and a third distant from them. Spiral structure in the dusty disk surrounding them indicates instability in the disk, astronomers said. Credit: Bill Saxton, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NRAO/AUI/NSF. )​ 

 우주에는 태양처럼 혼자 있는 별도 흔하지만, 두 개 이상의 별이 중력으로 묶여서 서로의 질량 중심을 공전하는 쌍성계 형태의 별도 매우 흔합니다. 사실 3개 이상의 별이 중력으로 묶여 있는 경우도 볼 수 있습니다.

 이런 항성계의 생성 과정을 설명하는 이론은 크게 두 가지로 나누어 생각할 수 있습니다. 첫 번째는 생성되는 별 주변에 있는 가스 디스크(circumstellar disk)가 뭉치면서 동반성을 형성하는 경우입니다. 두 번째는 별개로 생성된 별이 가까운 거리 때문에 중력에 이끌려 쌍성계를 형성하는 경우입니다.

 오클라호마 대학 및 라이덴 천문대의 존 토빈(John Tobin, of the University of Oklahoma and Leiden Observatory in the Netherlands)과 그의 동료들은 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)와 Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) 전파 망원경을 이용해서 L1448 IRS3B라는 태어나는 삼성계의 모습을 연구했습니다.

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 연구 결과에 의하면 이 삼성계는 별 주변의 가스 디스크가 붕괴되고 뭉치면서 동반성이 형성되는 과정을 생생하게 보여주고 있습니다. 이 별은 지구에서 750광년 정도 떨어져 있는데, 두 동반성 사이 거리는 61 - 183 AU (지구 태양간 거리, 1.5억km) 정도로 별 사이 거리라는 점을 감안하면 매우 가까이 존재합니다. 반면 세 번째 별은 좀 더 떨어진 거리에서 공전하고 있습니다.

(Artist's conception of how the triple-star system develops. Left, disk of material fragments into separate protostars. Right, the resulting stellar system. Credit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF. )

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 흥미로운 사실은 지금까지 발견된 생성되는 쌍성계 가운데는 500 AU나 1000AU 이상 거리를 가진 것도 있었다는 것입니다. 이는 생성 방식의 차이에 의한 것으로 두 개의 독립적인 아기 별인 경우에는 이렇게 멀리 떨어져 형성되고 가스 디스크에서 형성되는 동반성의 경우 거리가 매우 가까운 것으로 추측됩니다. 이 삼성계는 아마도 두 가지 방식이 혼합된 것으로 보입니다.

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 연구팀은 이 시스템 자체가 사실 생성된지 15만년 이내일 것으로 보고 있습니다. 가스 구름이 세 개의 원시별로 분리된 것도 1-2만년 정도로 아주 짧은 시간일 것으로 추정됩니다. 천문학에서 이는 매우 짧은 시간입니다. 과학자들은 운좋게 그 순간을 포착한 것이죠.

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 앞으로 다중성계의 생성에 대해서 더 많은 연구가 이뤄지면, 과연 쌍성계나 삼성계에 얼마나 많은 행성이 형성될 수 있을지도 보다 정확하게 알게 될 것입니다. 앞으로의 연구 결과가 주목됩니다.

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 참고

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​ A triple protostar system formed via fragmentation of a gravitationally unstable disk, Nature, nature.com/articles/doi:10.1038/nature20094                                        

  http://phys.org/news/2016-10-young-stellar-caught-multiples.html#jCp

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