(The new observations show that the stellar equator (right) is aligned with the orbital plane of the planet Beta Pictoris b (middle) and the plane of the extended disc of debris material that surrounds the system (left). Credit: ESO/A.M. Lagrange; ESO/A.M. Lagrange/SPHERE consortium Credit: Stefan Kraus)
(To derive the stellar rotation axis of Beta Pictoris the team used the unique high angular and high spectral resolution mode of VLTI/GRAVITY to measure shifts in the centroid position in the hydrogen Brackett-gamma absorption line on micro-arcsecond scales. In the blue-shifted part of the absorption line, the centroid of the emission is displaced to the North-East, which indicates that the South-Western hemisphere of the star is approaching the observer. Credit: Stefan Kraus)
지구에서 63광년 떨어진 화자자리 베타별 (Beta Pictoris)은 오래 전부터 잘 알려진 밝은 별입니다. 이 별은 생성된지 얼마 되지 않은 어린 별로 주변에 아직 원시 행성계 원반 같은 가스와 먼지 디스크를 지니고 있습니다. 여기에는 목성 질량의 11배에 달하는 거대 행성인 화가자리 베타 b (Beta Pictoris b)가 존재합니다.
화가자리 베타 b는 처음에 존재 여부를 두고도 논쟁이 있었지만, 후속 연구를 통해 존재는 물론 그 특징에 대해 많은 사실이 밝혀졌습니다. 엑세터 대학의 스테판 크라우스 교수(Professor Stefan Kraus from the University of Exeter)가 이끄는 연구팀은 화자자리 베타 b가 모항성의 적도면에서 공전 궤도가 회전 궤도 정렬 (spin-orbit alignment)이 이뤄졌다는 사실을 확인했습니다.
태양계의 행성들은 태양의 자전축과 수직인 황도면을 따라 공전합니다. 이는 태양계가 처음 생성되었을 때 행성계를 형성한 물질들이 태양의 적도면을 따라 공전하면서 뭉쳐져 행성을 형성했기 때문입니다. 과학자들은 다른 원시 행성계 원반 관측을 통해서 이미 칸트 시절 예측되었던 행성계 생성 이론이 맞다는 것을 확인했습니다. 하지만 사실 지구에서 관측했을 때 작은 점처럼 보이는 별의 자전 축을 확인한다는 것은 쉬운 일이 아닙니다.
크라우스 교수가 이끄는 연구팀은 유럽 남방 천문대 (ESO)의 VLT 간섭계 (VLTI)에 설치된 GRAVITY 장치를 이용해 화가자리 베타별의 자전 축을 확인했습니다. 140m 떨어진 거대 망원경 간섭계로 스펙트럼을 분석해 자전에 따른 별 표면의 변화를 측정한 것입니다. VLTI의 분해능은 별 지름의 1/100 수준에 불과한데, 이는 달 표면에 있는 인간 발자국을 확인하는 수준입니다.
연구 결과는 예상대로였습니다. 화가자리 베타 b의 공전 궤도면은 화가자리 베타별의 자전축과 수직 방향이었으며 다른 먼지 디스크 역시 같은 평면에 있었습니다. 이론적으로 예상되었던 것이라고 해도 반드시 관측과 실험을 통해 검증하는 것이 과학이라는 점을 생각하면 이번 연구 결과는 상당한 의미가 있습니다.
화가자리 베타별은 지구에서 비교적 가까운 거리에 있어 앞으로 태양계와 다른 행성계 생성을 연구하는 과학자들에게 중요한 관측 목표가 될 것입니다. 과학자들은 화가자리 베타별을 통해 태양계의 과거를 알아낼 것입니다.
참고
Stefan Kraus et al, Spin–Orbit Alignment of the β Pictoris Planetary System, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/2041-8213/ab9d27
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