우주 이야기 1133 - 독특한 나선 팔을 형성하는 원시행성계 원반

 (Using gas velocity data, scientists observing Elias 2-27 were able to directly measure the mass of the young star\u2019s protoplanetary disk and also trace dynamical perturbations in the star system. Visible in this paneled composite are the dust continuum 0.87mm emission data (blue), along with emissions from gases C18O (yellow) and 13CO (red). Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/T. Paneque-Carreño (Universidad de Chile), B. Saxton (NRAO))

(Elias 2-27 is a young star located just 378 light-years from Earth. The star is host to a massive protoplanetary disk of gas and dust, one of the key elements to planet formation. In this graphic illustration, dust is distributed along a spiral-shaped morphology first discovered in Elias 2-27 in 2016. The larger dust grains are found along the spiral arms while the smaller dust grains are distributed all around the protoplanetary disk. Asymmetric inflows of gas were also detected during the study, indicating that there may still be material infalling into the disk. Scientists believe that Elias 2-27 may eventually evolve into a planetary system, with gravitational instabilities causing the formation of giant planets. Because this process takes millions of years to occur, scientists can only observe the beginning stages. Credit: B. Saxton NRAO/AUI/NSF)

 지구 같은 행성은 별을 형성하고 남은 가스와 먼지가 뭉쳐 형성된 것입니다. 과학자들은 아기별 주변에서 거대한 먼지와 가스의 디스크인 원시 행성계 원반 (protoplanetary disk)을 여럿 관측해 그 과정을 연구했습니다. 하지만 작은 먼지 입자가 거대한 행성이 되는 과정에 대해서는 아직도 모르는 부분이 많습니다. 

 칠레 대학의 로라 페레즈 교수(Laura Pérez, Assistant Professor at the Universidad de Chile)가 이끄는 연구팀은 2016년 지구에서 378광년 떨어진 아기별인 Elias 2-27 주변 원시행성계 원반에서 매우 독특한 모습을 관측했습니다. 

 여러 개의 밴드 영역에서 관측한 ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 데이터는 이 별 주변에 있는 원시행성계 원반이 매끈한 원반 모습이 아니라 마치 우리 은하계처럼 두 개의 나선 팔을 지닌 형태라는 점을 보여줬습니다. 연구팀은 행성 생성 이론 중 하나인 중력 불안정(Gravitational instabilities)이 그 원인일 것으로 생각했으나 확실한 증거는 확보하지 못했습니다. 

 따라서 연구팀은 ALMA를 이용한 후속 관측을 계획했습니다. 추가적인 정보를 통해 과학자들은 비대칭적인 가스 흐름과 나선팔 같은 독특한 디스크의 모습을 더 상세히 파악하고 중력 불안정이 이 과정에 미치는 영향을 확인했습니다. 연구팀에 따르면 Elias 2-27은 결국 관측 범위 내에서 3개 정도의 행성을 지닌 시스템으로 진화할 가능성이 높습니다. (사진 참조) 

 이런 나선팔 형태의 모습이 일반적인 행성 형성 과정인지 아니면 다른 방식으로 생성되는 경우도 있는지는 아직 판단하기 이릅니다. 더 많은 관측을 통해 나선팔 형태의 원시행성계 원반을 관측해야 더 자신 있게 말할 수 있을 것입니다. 아무튼 일반적으로 생각했던 것 같은 고리 모양이 아니라 나선 팔 모양의 원시 행성계 원반이 있다는 사실 자체가 흥미롭습니다. 

 참고 

https://phys.org/news/2021-06-young-chaotic-star-reveals-planet.html

Spiral Arms and a Massive Dust Disk with non-Keplerian Kinematics: Possible Evidence for Gravitational Instability in the Disk of Elias 2-27, arXiv:2103.14048v2 [astro-ph.EP] arxiv.org/pdf/2103.14048.pdf

A Dynamical Measurement of the Disk Mass in Elias 2-27, arXiv:2104.09530v2 [astro-ph.EP] arxiv.org/pdf/2104.09530.pdf