우주 이야기 1688 - 햄버거를 닮은 거대 원시 행성계 원반

 (Gomez's Hamburger System. This artist's impression of the Gomez's Hamburger system shows the stacked layers of gas and dust as they rotate around a young star. ALMA observations reveal a direct view of its vertical structure at millimeter wavelengths, allowing astronomers to map the location of the millimeter-sized dust grains and several different gas-phase molecules, which have arranged themselves into distinct levels. Credit: NSF/AUI/NSF NRAO/P. Vosteen)

​

​

지구 같은 행성들은 원시 별 주변에 있는 가스와 먼지의 모임인 원시 행성계 원반 (Protoplanetary disk)에서 생성됩니다. 과학자들은 행성이 생성되는 과정에 있는 여러 원시 행성계 원반을 관측해 이를 연구해왔습니다. 미네소타 대학교 조교수인 찰스 로 (Charles Law, an assistant professor at the University of Minnesota) 교수 연구팀은 칠레에 있는 대규모 전파 망원경 어레이인 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(ALMA)을 이용해 "고메즈의 햄버거 (Gomez's Hamburger)" 혹은 고햄(GoHam)이라는 시스템의 밀집된 가스와 먼지층 사이에서 거대 행성 형성의 초기 단계를 발견했습니다.

​

이 연구 결과는 미국 천문학회 제247차 회의에서 열린 기자 회견에서 처음 발표되었으며, 최근 천체물리학 저널(The Astrophysical Journal) 에 게재가 확정되었습니다. 해당 논문은 arXiv 사전 공개 서버 에서 확인할 수 있습니다.

​

고메즈의 햄버거가 독특한 부분은 원시 행성계 원반을 정면이 아닌 측면에서 관측할 수 있다는 것입니다. 따라서 다른 원반에서는 관측하기 힘든 수직 구조를 자세히 관측할 수 있습니다. 하지만 가스와 먼지로 둘러쌓인 원반은 측면에서든 정면에서든 관측이 쉽지 않습니다. ALMA는 긴 파장의 전파를 이용해서 이런 천체의 내부를 들여다보는데 안성맞춤입니다.

​

연구팀은 이러한 특징 덕분에 이 시스템은 원반 내에서 행성이 형성되고 진화하는 방식에 대한 상세한 모델을 검증할 수 있다고 설명했습니다. 극단적인 원반 크기, 강한 비대칭성, 항성풍, 그리고 잠재적인 행성 형성 가능성이 결합되어, 이 시스템은 항성에서 멀리 떨어진 곳에서 거대 행성이 어떻게 형성될 수 있는지, 그리고 행성의 존재가 주변의 가스와 먼지를 어떻게 변화시키는지 이해하는 데 완벽한 실험실이 될 수 있다는 것입니다.

​

ALMA를 이용한 밀리미터 파장 관측 덕분에 과학자들은 성층 내에 있는 밀리미터 크기의 먼지 입자와 여러 가지 기체 분자의 위치를 명확하게 파악할 수 있습니다. 중요한 기체 분자는 일산화탄소(CO)와 황을 함유한 분자인 이황화탄소 (CS₂)와 이산화황 (SO₂)입니다.

​

이 기체 분자들은 과학자들의 예상대로 가장 가벼운 기체(¹²CO, 일반적인 탄소 12로 된 일산화탄소)는 중심면 가장 위에 위치하고, 좀 더 무거운 동위 원소로 되어 있는 탄소 13 일산화탄소 (¹³CO)는 그보다 약간 아래에 있으며, 황이 포함ehls 기체는 중심면에 가장 가깝게 자리 잡고 있습니다. 이는 천문학자들이 알고 있는 원반의 높이에 따른 층상 구조와 일치합니다. 그리고 밀리미터 크기의 먼지는 상대적으로 얇고 중심면에 집중되어 있는 반면, 기체는 위아래로 넓게 퍼져 있어 원반의 기체 부분이 더 큰 고체 입자에 비해 얼마나 부풀어 있는지를 보여줍니다. 덕분에 진짜 햄버거처럼 여러 층으로 포개져 보이는 것입니다.

​

하지만 사실 고햄의 밀리미터 크기 먼지는 아래 위로 불균형한 분포를 보입니다. 그리고 원반의 한쪽 면은 소용돌이 또는 대규모 교란으로 인해 더 넓고 밝은 먼지 방출을 보이는데, 이는 고체 물질을 가두어 행성 형성에 필요한 더 많은 물질을 공급할 수 있습니다. 한편 원반의 북쪽 부분과 먼 거리에서 희미하고 넓게 퍼진 가느다란 일산화탄소 방출이 나타나는데, 이는 별빛이 원반에서 가스를 천천히 우주로 날려 보내는 " 광증발풍(photoevaporative wind) " 때문일 가능성이 있습니다.

​

연구팀은 또한 밝은 먼지 영역 바로 바깥쪽, 원반의 한쪽 면에서만 나타나는 특이한 일방향 황산화물(SO) 방출 아크(arc)를 발견했는데, 이 아크는 원반의 회전을 따라 움직이는 운동학적 특성을 보였습니다. 이 황산화물 아크는 이전에 확인된 "GoHam b"라는 밀집 덩어리와 일치하는데, 이 덩어리는 자체 중력으로 붕괴하는 물질로 추정되며, 아마도 원반 외곽에서 형성되는 거대하고 넓은 궤도를 가진 행성의 초기 관측 단계 중 하나일 가능성이 있습니다.

​

참고로 고메즈의 햄버거는 초대형 행성 형성 원반입니다. 일산화탄소 (¹²CO) 가스가 반지름 약 1,000 천문단위 (AU - 지구 태양 거리로 1.5억km) 에 달하고 높이는 수백 천문단위에 이릅니다. 이는 알려진 행성 형성 원반 중 가장 큰 규모 중 하나입니다. 총 먼지 질량은 비슷한 항성 주위의 일반적인 원반보다 훨씬 많을 것으로 추정됩니다. 따라서 고메즈의 햄버거는 미래에 거대한 행성을 포함한 행성계를 생성할 것으로 예상됩니다. 얼마나 큰 행성이 형성될지 궁금한 크기입니다.

​

​

참고

​

​

Charles J. Law et al., The ALMA View of the Edge-on Gomez's Hamburger System: A Highly-Dynamic, Asymmetric Protoplanetary Disk Reveals the Earliest Phases of Giant Planet Formation, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2609.09290

​

Journal information: Astrophysical Journal , arXiv

​

​

https://phys.org/news/2026-10-cosmic-hamburger-rare-edge-view.html

​