(Composite ALMA image of the debris disk around the young star 49 Ceti. The distribution of dust is shown in red; the distribution of carbon monoxide is shown in green; and the distribution of carbon atoms is shown in blue. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Higuchi et al.)
(ALMA image of the debris disk around the young star 49 Ceti. The distribution of dust is shown in red; the distribution of carbon monoxide is shown in green; and the distribution of carbon atoms is shown in blue. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Higuchi et al.)
태양계의 행성과 소행성은 원시 행성계 원반 (protoplanetary disks)라는 갖 태어난 별 주변의 가스와 먼지 원반에서 생성됩니다. 이는 오랜 세월 이론적인 추정이었으나 관측 기술의 발전 덕분에 지난 수십 년간 과학자들은 여러 원시 행성계 원반을 직접 관측해 이론을 검증하고 행성 생성의 구체적인 단계를 파악할 수 있었습니다. 하지만 아직도 모르는 부분이 많으며 생각하지도 못했던 새로운 사실들이 밝혀지고 있습니다.
일본 국립 천문대의 히구치 아야 (Aya Higuchi, an astronomer at the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ))가 이끄는 연구팀은 10미터 구경 전파 망원경인 ASTE를 이용해서 생성된지 4000만년 정도 되는 별인 49 세티 (49 Ceti) 주변의 원시 행성계 원반을 100시간에 걸쳐 관측했습니다. 통상 이 정도 시간이 지나면 원시 행성계 원반의 가스는 대부분 행성에 흡수되어 사라지거나 항성풍에 의해 날려 사라지고 남는 것은 작은 운석과 먼지로 된 데브리스 디스크 (debris disk) 입니다. 하지만 관측 결과는 상당한 양의 가스가 남아 있음을 시사했습니다.
연구팀은 더 해상도가 높은 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA를 이용해서 49 세티를 상세히 관측했습니다. 그 결과 기존의 원시 행성계 및 행성 생성 이론에서는 설명할 수 없을 정도로 많은 가스의 존재를 확인했습니다. 49세티 원시 행성계 원반은 기존의 모델에서 예측한 것보다 10배나 많은 가스를 지니고 있었습니다. 연구팀이 492 GHz 파장에서 확인한 일산화탄소는 너무 많아서 본래 비중이 1%도 안되는 탄소 12의 동위원소인 탄소 13이 발견될 정도였습니다. 이 동위원소는 지금까지 우주 관측에서 발견된 적이 없던 원소였습니다.
이 원시 행성계 원반이 왜 이렇게 많은 가스를 아직도 지니고 있는지는 알지 못합니다. 하지만 기존의 모델로 설명할 수 없는 현상을 관측한 것은 과학자들에게 가장 흥미로운 일입니다. 기존의 이론을 수정하고 더 좋은 이론을 만들 수 있는 기회이기 때문입니다.
참고
Aya E. Higuchi et al. First Subarcsecond Submillimeter-wave [C i] Image of 49 Ceti with ALMA, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-4357/ab3d26
Aya E. Higuchi et al, First Detection of Submillimeter-wave [13C i] 3 P 1–3 P 0 Emission in a Gaseous Debris Disk of 49 Ceti with ALMA, The Astrophysical Journal (2019). dx.doi.org/10.3847/2041-8213/ab518d
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