우주 이야기 1311 - 원시행성계 원반 안쪽에서 생성 중인 거대 행성

 (Model image of CI Tau's inner disk in 2021. Credit: Soulain et al, 2023)

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지구 같은 행성은 별이 태어난 직후 주변에 있는 가스와 먼지가 모여 만든 원시 행성계 원반 (protoplanetary disc)에서 형성됩니다. 이는 많은 관측을 통해 이미 입증된 사실이지만, 과학자들은 더 구체적으로 어떤 과정을 거쳐 행성이 형성되고 어떤 형태의 행성이 형성되는지를 검증하기 위해 연구하고 있습니다.

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프랑스 그레노블 앤소니 슐랭 (Anthony Soulain of the University of Grenoble)이 이끄는 연구팀은 유럽 남방 천문대 (ESO) 거대 망원경 간섭계 Very Large Telescope Interferometer (VLTI)를 이용해 지구에서 500광년 정도 떨어진 타우루스 분자 구름 (Taurus molecular cloud)에 있는 황소자리 CI (CI Tauri)를 관측했습니다.

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황소자리 CI는 태양 질량의 0.9배 정도로 거의 비슷한 질량을 지니고 있으나 나이는 200만 년 정도에 불과해 태양 같은 별이 주변에서 어떻게 행성이 형성되는지 연구하는 과학자들의 주요 관측 목표가 되고 있습니다. 연구팀은 VLTI 데이터에서 황소자리 CI 주변 200AU (1AU= 지구 - 태양 거리)를 관측해서 13, 39, 100AU 거리에서 물질이 적은 간극을 발견했습니다. 아마도 이곳에서 행성이 생성되고 있을 가능성이 높으나 현재 관측 기기의 성능으로는 확인은 어려운 상태입니다.

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대신 연구팀은 황소자리 CI의 주변 디스크의 가장 안쪽인 1AU 이내 가까운 장소에서 거대 행성의 존재를 시사하는 결과를 얻었습니다. 고리 안쪽의 거리가 생각보다 상당히 먼 곳인 항성 지름의 21배 이상 거리에 있어 이곳에 목성 질량의 11.3배에 달하는 거대한 행성 혹은 갈색왜성이 성장 중일 가능성이 높습니다.

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이런 종류의 거대 행성 혹은 갈색왜성은 태양계에는 없는 것으로 왜 비슷한 질량을 지닌 별 가운데서 태양처럼 초대형 행성을 지니지 않은 경우와 지닌 경우가 있는지는 아직 모릅니다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경 같은 차세대 망원경의 강력한 성능으로 더 많은 관측이 이뤄진다면 과학자들은 이 질문에 대한 해답을 찾아낼 수 있을 것입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-05-explore-ci-tauri.html

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A. Soulain et al, The GRAVITY young stellar object survey—XI. Probing the inner disk and magnetospheric accretion region of CI Tau, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2305.08170