태양계 이야기 860 - 태양계는 20만년 이내로 생성됐다?

(Artist's conception of the dust and gas surrounding a newly formed planetary system. Credit: NASA.)

과학자들은 새롭게 태어나는 아기별 주변을 관측해서 행성의 생성이 생각보다 짧은 시간 동안 일어난다는 사실을 확인했습니다. 새로 태어난 별 주변의 가스와 먼지가 모여 행성이 되고 남은 물질은 고리 형태로 변하는 과정은 100-200만년 사이에 일어났습니다. 행성의 일생을 생각하면 순식간에 일어나는 일입니다. 태양계의 생성 과정 역시 이와 크게 다르지 않았을 것입니다.

미국 로렌스 리버모어 국립 연구소 (Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL))의 그레그 브렌넥카 (Greg Brennecka)가 이끄는 연구팀은 운석에 포함된 고칼슘-알루미늄 포획물 (calcium-aluminum–rich inclusions (CAIs))을 분석해 태양계 초기 아기별을 덮고 있던 원시 구름 (cloud) 붕괴가 20만년 이내의 짧은 시간에 이뤄졌을 것이라는 증거를 발견했습니다.

고칼슘-알루미늄 포획물은 탄소질 운석에 들어 있는 밀리미터-센티미터 크기의 작은 입자로 대략 1300K이상 (섭씨 1000도 이상)의 고온에서 생성되는 입자입니다. 이 입자는 고치 같은 원시 가스 구름이 붕괴되면서 갖 태어난 태양 근방에서 생성된 후 외부로 이동합니다. 따라서 운석에 포함된 입자들은 태양계 극초반에 생성된 후 지금까지 보존된 것입니다.

연구팀은 지구로 떨어진 운석에서 발견된 고칼슘-알루미늄 포획물에서 몰리브덴 (molybdenum) 동위원소를 측정해 이 입자들이 대부분 45억6700만년 전 생성되었다는 사실을 발견했습니다. 이 고칼슘-알루미늄 포획물은 사실 45억6700만년 전 4-20만년 걸쳐 한꺼번에 생성된 것들입니다. 따라서 가스 구름이 붕괴되고 원시 행성계 원반에서 행성들이 모습을 드러낸 것 역시 20만년 이내의 짧은 시간에 이뤄졌을 가능성이 있습니다. 인간으로 치면 임신 기간이 12시간에 불과한 수준입니다.

과학자들은 태양계와 다른 아기별을 연구해 태양계 생성 과정의 퍼즐을 하나씩 풀어가고 있습니다. 아직도 찾아야할 퍼즐 조각이 많지만, 과학자들이 결국 점점 완성된 모습에 가까이 다가갈 것으로 믿습니다.

참고

Gregory A. Brennecka et al. Astronomical context of Solar System formation from molybdenum isotopes in meteorite inclusions, Science (2020). DOI: 10.1126/science.aaz8482

https://phys.org/news/2020-11-solar-years.html

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