(Artist's illustration of a small Saturn-like planet discovered in the system LkCa 15. The planet resides within dense rings of dust and gas that surround a bright yellow star. Material accumulates in a clump and arc-shape, about 60 degrees away from the planet. Note: This illustration is not to scale. Credit: M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian)
지구나 목성 같은 행성은 아기별 주변에 있는 가스와 먼지의 고리인 원시행성계 원반 (Protoplanetary disk)에서 형성되는 것으로 생각됩니다. 과학자들은 수많은 아기별을 관측해 주변에서 원시행성계 원반의 존재를 확인했습니다. 하지만 형성 중인 행성을 직접 포착한다는 것은 매우 어려운 일입니다. 직접 망원경으로 포착할 수 있는 행성 자체가 매우 드문 데다, 별 자체가 가스와 먼지가 가득한 성운에서 태어나기 때문에 내부를 들여다보기가 쉽지 않습니다.
현존하는 가장 강력한 전파 망원경 중 하나인 ALMA는 이 분야에서 혁혁한 성과를 거뒀습니다. 가스와 먼지를 뚫고 관측하는 데는 가시광이나 적외선 보다 훨씬 파장이 긴 밀리미터/서브밀리미터 파장이 더 유리하기 때문입니다. 하버드 스미스소니언 천체 물리학 연구소의 펭 롱 (Feng Long)과 그 동료들은 2019년부터 지구에서 518광년 떨어진 황소자리 방향 아기별인 LkCa 15 주변을 관측했습니다.
연구팀은 LkCa 15 주위에서 원시행성계 원반을 찾아냈습니다. 그리고 이 원반이 완전히 둥근 형태가 아니라 돌출된 아크와 덩어리 (arc and clump)를 지니고 있다는 사실을 확인했습니다. 그런데 특이한 사실은 42AU (1AU = 1.5억km)에서 120도 간격으로 돌출된 덩어리가 있다는 점입니다.
연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이것이 우연이 아니라는 사실을 확인했습니다. 이런 형태는 좀 더 안쪽에서 행성급 천체가 중력을 행사하고 있다면 쉽게 설명될 수 있습니다. 좀 더 구체적으로 말하면 라그랑주 점 L4와 L5에 120도 각도로 가스와 먼지 덩어리가 형성되고 있고 그 사이에 행성이 형성된 것입니다.
(라그랑주 점. 출처: 위키피디아)
이번 연구에서는 원시행성계 원반에서 성장하고 있는 원시 행성을 포착하는 데는 실패했지만, 앞으로 어디서 찾으면 되는지에 대한 중요한 정보를 제공했습니다. 라그랑주 점이 이런데서 유용하게 사용될 수 있다는 점은 의외의 일인데, 앞으로 어떤 관측 결과가 나올지 궁금합니다.
참고
https://phys.org/news/2022-09-planet-evidence-baby.html
Feng Long et al, ALMA Detection of Dust Trapping around Lagrangian Points in the LkCa 15 Disk, The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac8b10
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