우주 이야기 1202 - 목성형 행성의 탄생 과정 포착

 (This is an artist's illustration of a massive, newly forming exoplanet called AB Aurigae b. Researchers used new and archival data from the Hubble Space Telescope and the Subaru Telescope to confirm this protoplanet is forming through an intense and violent process, called disk instability. Disk instability is a top-down approach, much different from the dominant core accretion model. In this scenario, a massive disk around a star cools, and gravity causes the disk to rapidly break up into one or more planet-mass fragments. AB Aurigae b is estimated to be about nine times more massive than Jupiter and orbits its host star over two times farther than Pluto is from our Sun. Credit: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI))

(Image of the star AB Aurigae taken by the Subaru Telescope showing the spiral arms in the disk and the newly-discovered protoplanet AB Aur b. The bright central star has been masked, and its location is indicated by the star mark (☆). The size of Neptune's orbit in the Solar System is shown to provide scale. Credit: T. Currie/Subaru Telescope)

 과학자들이 새롭게 생성되는 목성형 행성의 모습을 포착했습니다. 지구에서 531광년 떨어져 있는 마차부자리 AB (AB Aurigae) 별이 그 주인공으로 태어난 지 200만년 이내의 아기별입니다. 이 별은 태양 질량의 2.4배 정도 되는 밝은 별로 그 주변에는 행성이 형성되는 거대한 원시행성계 원반이 있습니다.

 

 테인 퀴리(Thayne Currie of the Subaru Telescope and Eureka Scientific)가 이끄는 연구팀은 하와이에 있는 스바루 망원경으로 이 별 주변의 원시행성계 원반을 관측했습니다. 과거 여기에서 외계 행성의 증거가 발견되었으나 후속 관측에서 정확히 행성급의 천체를 찾을 수 없어 현재는 논란이 있는 상태입니다. 

 이번 관측에서 연구팀은 태양-명왕성 거리의 두 배 정도 되는 위치에서 거대한 가스의 덩어리를 발견했으나 스바루 망원경 관측만으로는 정확한 성질을 알 수 없었습니다. 따라서 연구팀은 허블 우주 망원경의 우주 망원경 이미징 분광기 (Space Telescope Imaging Spectrograph)와 근적외선 카메라 (Near Infrared Camera), 그리고 멀티 오브젝트 분광기 (Multi-Object Spectrograph) 이미지를 모두 모아 행성의 증거를 검토했습니다. 

 그 결과 연구팀은 형성되는 전 행성 단계의 행성 (protoplanet)인 마차부자리 AB b (AB Aurigae b)를 확인했습니다. 이 행성은 최대 목성 질량의 9배 정도로 앞으로 성장함에 따라 갈색왜성이 될 수도 있습니다. 마차부자리 AB b가 중요한 이유는 목성형 행성 과정을 보여주기 때문입니다. 

 목성형 행성의 형성을 설명하는 가설은 크게 두 가지입니다. 첫 번째는 작은 암석 입자들이 모여 핵을 형성한 후 주변의 가스를 흡수하면서 점점 커졌다는 것입니다. 두 번째는 원시행성계 원반 가스들의 불안정성으로 인해 가스가 뭉치면서 순식간에 거대 행성이 형성되고 암석 핵은 2차적으로 형성된다는 것입니다. 이번 관측 결과는 후자에 부합하는 결과를 보여줍니다. 

 하지만 이런 아기별들은 고치 같은 두꺼운 가스 속에서 태어나고 있어 허블 우주 망원경이나 8.2m 구경 스바루 망원경으로도 자세히 들여다보기 어려운 한계가 있습니다. 연구팀은 앞으로 곧 관측을 시작할 제임스 웹 우주 망원경이 이 한계를 극복할 수 있다고 보고 있습니다. 과연 이 안에서 태어나고 있는 것이 무엇인지 제임스 웹 우주 망원경이 명쾌하게 보여줄 지 궁금합니다. 

 참고 

https://phys.org/news/2022-04-prenatal-protoplanet-upends-planet-formation.html

https://en.wikipedia.org/wiki/AB_Aurigae

Thayne Currie, Images of embedded Jovian planet formation at a wide separation around AB Aurigae, Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01634-x. www.nature.com/articles/s41550-022-01634-x