우주 이야기 1153 - 서로 다른 각도로 돌면서 형성 중인 아기 별 쌍성계

 (Artist’s impression of the young binary system XZ Tau. The two young stars in the system each have a protoplanetary disk around them that is tilted with respect to the other. The two young stars orbit in a plane different from that of either disk. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))

(Orbital motion of the young binary XZ Tau system. The location of XZ Tau A (lower-left) is fixed in the image and the relative motion of XZ Tau B is shown. The distributions of the radio waves from the protoplanetary disks are shown in gray scale (2015), red contours (2016), and blue contours (2017). The location of each star is shown as a plus sign. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Ichikawa et al.)

(Animated orbital motion of the young binary XZ Tau system. The location of XZ Tau A (lower-left) is fixed in the image and the relative motion of XZ Tau B is shown. The distributions of the radio waves from the protoplanetary disks are shown in gray scale and contours. The location of each star is shown as a plus sign. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Ichikawa et al.)

  

 우주에는 태양처럼 단독으로 존재하는 별 만큼이나 두 개 이상의 별이 서로의 질량 중심을 공전하는 쌍성계가 흔합니다. 그리고 이런 쌍성계 주변에서도 행성이 발견됩니다. 과학자들은 쌍성계와 쌍성계 주변 행성이 어떻게 가스 구름에서 생성되는지 알아내기 위해 연구해왔지만, 아직도 모르는 부분이 많습니다. 

 일본 카고시마 대학의 이치카와 타카노리 (Takanori Ichikawa)가 이끄는 연구팀은 ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해 두꺼운 가스와 먼지를 뚫고 새로 태어나는 쌍성계인 XZ 타우리 (XZ Tauri)를 3년에 걸쳐 관측했습니다. 

 XZ 타우리는 대략 15AU (1AU = 1.5억km) 정도 떨어진 거리에 있는 어린 쌍성계로 각각의 원시행성계 원반 구름을 지니고 있습니다. 연구팀은 2015년, 2016년, 2017년 사이 이 쌍성계가 대략 3.4AU 정도 이동한 것으로 알아내고 관측 위치에 따른 각도 변화를 측정했습니다. 그 결과 두 별은 서로 같은 평면이 아니라 다른 각도로 공전하고 있는 것이 확인되었습니다. (사진)

 쌍성계 생성되는 방식은 크게 두 가지입니다. 첫 번째는 큰 가스 디스크 하나에서 분리되어 새로운 디스크가 생기면서 뭉쳐서 별과 행성을 형성하는 것이고 두 번째는 본래 큰 가스 구름에서 강력한 난류로 인해 가스 덩어리가 파편화되면서 각각의 별로 성장하는 것입니다. 전자의 경우 두 쌍성계가 같은 평면에서 공전할 것이고 후자의 경우 다른 평면에서 공전할 가능성이 있습니다. 

 이번 관측 결과는 후자의 결과라는 것을 보여주고 있습니다. XZ 타우리는 하나의 큰 가스 구름에서 두 개의 가스 디스크가 생기면서 각각의 별로 성장한 결과인 것입니다. 물론 다른 쌍성계는 또 다른 방식을 보여줄 수 있으며 아직 우리가 전혀 알지 못하는 또 다른 방식이 있을 수도 있습니다. 

 보통 생성 단계의 쌍성계는 두꺼운 가스와 먼지에 가려 있어 일반적인 광학 망원경으로는 관측이 어렵습니다. ALMA와 같은 강력한 전파 망원경의 활약이 필요한 이유입니다. 

 참고 

https://phys.org/news/2021-10-alma-animation-circling-twin-young.html

Takanori Ichikawa et al, Misaligned Circumstellar Disks and Orbital Motion of the Young Binary XZ Tau, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/1538-4357/ac0dc3