새로운 연구가 가져다 준 연성계 형성 이론의 강력한 증거

 

CREDIT: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

 

그림1> 연성계의 형성은 갓태어난 어린 별을 휘감고 있는 가스와 먼지 원반의 파편들을 통해 시작된다.(왼쪽 그림) 
이 원반상에서 두 번째 별이 형성이 진행되면서 원반상의 파편들이 자체 중력작용하에서 또 하나의 원반을 형성한다.(가운데 그림)

오른쪽 그림은 서로 공전하는 두 개의 별을 표시하고 있다.
그림에 표현된 100AU는 대략 우리 태양계의 직경에 해당한다.

 

새로운 연구가 가져다 준 연성계 형성 이론의 강력한 증거

 

업그레이드된 칼 G. 얀스키 VLA의 새로운 기능을 이용하여 과학자들이 이전에는 볼 수 없었던 갓 태어난 원시별로 이루어진 이중성계의 새로운 모습을 발견해냈다.
이번 발견은 기존 이중성계의 형성이론에 대해 경쟁하고 있는 여러이론 중 하나에 강력한 근거를 제공해 주었다.

 

천문학자들은 우리 태양과 같은 별들의 대략 반 정도가 이중성계 또는 다중성계의 일원으로 존재한다는 것을 알고 있었지만 이러한 이중성계 또는 다중성계가 어떻게 생성되는지에 대해서는 항상 논쟁거리가 남아 있었다.

 

국립전파천문대(the National Radio Astronomy Observatory, NRAO), 존 토빈(John Tobin)의 설명은 다음과 같다.
"이러한 논쟁을 풀 수 있는 유일한 방법은 갓 탄생한 다중성계를 관측하고 이들이 어떻게 형성되는지를 알아내는 것입니다.
우리가 이번에 관측한 별들이 바로 그것이며 우리는 이로부터 매우 값진 단서를 발견해낼 수 있었답니다."

 

이들이 관측한 새로운 단서는 연성계가 하나의 갓 태어난 별 주위를 휘감고 있는 먼지 원반의 파편들로부터 또 하나의 새로운 별이 형성되며 만들어지는 것이라는 이론을 지지해 주고 있다.

 

먼지 원반으로부터 물질을 긁어모으기를 계속하고 있는 별은, 주변 원반에 대해 수직 방향의 좁은 폭으로 제트와 같은 폭풍을 뿜어내면서 빠르게 물질들을 분출해낸다. 

 

토빈과 천문학자들로 이루어진 국제 연구팀이 지구로부터 1천광년 거리에 위치하는 가스에 둘러싸여 있는 어린 별들을 연구할 때, 이전에는 볼 수 없었던 두 개의 동반성이 그들의 예상대로 먼지 원반상에 위치하고 있는 것과 연성계로부터 수직 방향의 폭풍이 뿜어져나오고 있는 것을 발견하였다.
이번에 관측된 연성계 중 하나에서는 명확하게 갓 태어난 별들을 둘러싸고 있는 먼지 원반이 존재함을 확인하였다.

 

토빈의 설명은 다음과 같다.
"이러한 구성 양상은 동반성이 먼지원반상의 파편들로부터 발생한다는 이론적 모델에 꼭 들어맞는 것입니다.
이 요소는 다른 이론에서는 필요치 않은 구성품에 해당하죠."

 

이번 새로운 관측은 먼지원반의 파편에서 동반성이 형성된다는 증거를 뒷받침하는 또 하나의 근거를 추가한 셈이다.

 

2006년 VLA를 이용한 또 다른 관측팀은 서로 공전하고 있는 연성계와 이들을 둘러싸고 있는 먼지 원반을 관측한바 있다.
당시 각 별을 둘러싸고 있는 두 개의 원반들은 동일한 평면상에 서로 정렬한 양상을 띄고 있었다.

 

2012년 토빈과 그의 동료들은 별의 생성 주기 초반에 들어선 갓 태어난 원시성 주변에 형성된 거대한 먼지 원반을 발견한 바 있다.
이러한 현상은 먼지 원반의 존재가 별의 생성 초기에 나타나는 것이며 이 먼지 원반의 파편들로부터 연성계가 형성되는데 반드시 필요한 것이라는 점을 보여주고 있다.

 

국립전파천문대와 일리노이 주립대학의 레슬리 루니(Leslie Looney)는 이번 새로운 발견을 초기 관측 데이터와 결합해보면 가깝게 근접하고 있는 다중성계가 형성되는데 있어 먼지원반의 존재는 강력한 기반이 된다고 말했다.

 

국립전파천문대 클레어 챈들러(Claire Chandler)는 10여년간 진행되어온 VLA 업그레이드 프로젝트가 2012년 완료된 후 강화된 VLA의 탐지능력이 이번 새로운 발견을 가능하게 했다고 설명했다.

 

이번에 새로 강화된 탐지능력은 특히 VLA의 고주파 대역에서 역량을 발휘하는데, 이 대역은 40-50 기가헤르츠 대역으로 어린 별을 둘러싼 먼지 원반에서 복사되는 라디오파가 존재하는 대역이다.

 

천문학자들은 2012년 VLA와 밀리미터파 천문연구 결합 배열(the Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy, ARMA)을 이용하여
이들 어린 별들을 관측하였다.
토빈과 챈들러, 루니는 미국, 멕시코, 네덜란드로부터 온 천문학자들로 구성된 연구팀에 참여하고 있다.

 

이번 발견은 Astrophysical Journal에 개재되었다.

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2013년 12월 31일자
          https://public.nrao.edu/news/pressreleases/new-study-boosts-binary-star-formation-theory
        

참고 : 다양한 별에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346972 

 

원문>

 

Binary star formation through disk fragmentation starts (left) with a young star surrounded by a rotating disk of gas and dust. The disk fragments under its own gravity, with a second star forming within the disk (center), surrounded by its own disk. At right, the two stars form an orbiting pair. 100 Astronomical Units (AU) is roughly the diameter of our Solar System.

CREDIT: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

For Release: Dec. 31, 2013; 10:30 a.m. EST

Contact: Dave Finley, Public Information Officer
(575) 835-7302; dfinley@nrao.edu

New Studies Give Strong Boost to Binary-Star Formation Theory

Using the new capabilities of the upgraded Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), scientists have discovered previously-unseen binary companions to a pair of very young protostars. The discovery gives strong support for one of the competing explanations for how double-star systems form.

Astronomers know that about half of all Sun-like stars are members of double or multiple-star systems, but have debated over how such systems are formed.

"The only way to resolve the debate is to observe very young stellar systems and catch them in the act of formation," said John Tobin, of the National Radio Astronomy Observatory (NRAO). "That's what we've done with the stars we observed, and we got valuable new clues from them," he added.

Their new clues support the idea that double-star systems form when a disk of gas and dust whirling around one young star fragments, forming another new star in orbit with the first. Young stars that still are gathering matter from their surroundings form such disks, along with jet-like outflows rapidly propelling material in narrow beams perpendicular to the disk.

When Tobin and an international team of astronomers studied gas-enshrouded young stars roughly 1,000 light-years from Earth, they found that two had previously-unseen companions in the plane where their disks would be expected, perpendicular to the direction of the outflows from the systems. one of the systems also clearly had a disk surrounding both young stars.

"This fits the theoretical model of companions forming from fragmentation in the disk," Tobin said. "This configuration would not be required by alternative explanations," he added.

The new observations add to a growing body of evidence supporting the disk-fragmentation idea. In 2006, a different VLA observing team found an orbiting pair of young stars, each of which was surrounded by a disk of material. The two disks, they found, were aligned with each other in the same plane. Last year, Tobin and his colleagues found a large circumstellar disk forming around a protostar in the initial phases of star formation. This showed that disks are present early in the star formation process, a necessity for binary pairs to form through disk fragmentation.

"Our new findings, combined with the earlier data, make disk fragmentation the strongest explanation for how close multiple star systems are formed," said Leslie Looney of NRAO and the University of Illinois.

"The increased sensitivity of the VLA, produced by a decade-long upgrade project completed in 2012, made the new discovery possible," Claire Chandler of NRAO said.

The new capability was particularly valuable at the VLA's highest frequency band, from 40-50 GHz, where dust in the disks surrounding young stars emits radio waves. The astronomers observed the young stars during 2012 with the VLA and with the Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA) in California.

Tobin, Chandler, and Looney were part of a research team of astronomers from the U.S., Mexico, and the Netherlands. The scientists published their findings in the Astrophysical Journal.

 

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.