격렬한 폭풍의 신호를 보여주는 원시 행성계

 

Credit: P. Marenfeld (NOAO/AURA/NSF)

 

그림 1> 이 상상화는 T 타우리 별 AS 205 N 과 그 동반성을 표현한 것이다.
이번에 새롭게 관측된 ALMA의 데이터는 별 주위를 둘러싼 원시 행성원반에서 폭풍에 의해 가스가 분출되는 현상이 있을지도 모른다는 점을 알려주었다.

  

격렬한 폭풍의 신호를 보여주는 원시 행성계

 

천문학자들이 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, 이하 ALMA)을 이용하여 우리 태양과 닮은 꼴인 갓 태어난 별 T 타우리 주변에 폭풍이 가득 들어차 있을 것으로 보이는 신호를 처음으로 발견해냈다.
이번 발견은 왜 몇몇 T 타우리 별들이 적외선에서 불가사의한 빛을 뿜어내는 원반을 가지고 있는지를 설명해 주는데 도움이 될 것으로 보인다.
 

T 타우리 별들은 우리 태양과 같은 유형의 갓 태어난 별들이다.
이 별들은 상대적으로 보통 크기를 가지고 있으며 새로운 암석질 행성이나 가스상 행성을 만들어낼 수 있는 재료들에 둘러싸여있다.
비록 이 원반은 가시광선으로는 보이지는 않지만 적외선과 밀리미터 파장대역에서 밝은 빛을 낸다. 
 

아스트로피지컬 저널에 개재된 논문의 주저자이자 국립 가시광 천문대의 천문학자인 콜레테 살리크( Colette Salyk)의 설명은 다음과 같다.
"T 타우리 별의 원반상에 존재하는 물질들은 항상은 아니지만 대개 에너지의 분포를 예견할 수 있는 적외선 복사를 방출합니다.
그러나 몇몇 T 타우리 별들은 예상치 못한 방법으로 적외선 복사를 방출하는 이상행동을 보이기도 합니다."
 

 

뭔가 다른 적외선 신호를 설명하기 위해 천문학자들은 몇몇 T 타우리 별의 원시 행성 원반에서 폭풍이 분출되어 나오는 모델을 고려하고 있다.
이 폭풍은 행성 형성에 중대한 영향을 끼치는 것으로 보이는데 거대 목성형 행성을 형성하는데 필요한 가스를 훔쳐가거나 찢어놓을 가능성이 있고, 행성 형성에 필요한 기본 덩어리들의 위치를 완전히 뒤바꾸어 놓을 수도 있다.

이러한 폭풍의 존재는 천문학자들에 의해 진작부터 예견되긴 했지만 명백하게 관측되기는 이번이 처음이다. 
 

ALMA를 이용하여 사리크와 그녀의 동료들은 뱀주인 자리의 별 생성 구역 가장 자리, 407 광년 거리에 위치하고 있는 T 타우리 별인 AS 205 N에서 이 폭풍의 증거를 찾아내었다.

이 별은 특이한 양상의 적외선 신호를 보여주고 있었으며 이 점이 천문학자들의 호기심을 불러일으켰다. 
 

ALMA의 탁월한 해상도와 감도를 이용하여 과학자들은 이 별 주위의 일산화탄소 분포 양상을 연구할 수 있었다.
일산화탄소는 별과 그 주변의 원시 행성 원반을 구성하는 가스 분자를 추적할 수 있는 훌륭한 단서가 된다.
일련의 연구들은 폭풍이 존재하고 있다면 필연적으로 발생할 것으로 예견된 원반의 표면을 탈출하고 있는 가스의 존재들을 확정해주었다.

그러나 이 폭풍의 속성들은 예상과 정확하게 맞아떨어지지는 않았다. 
 

가설과 관측 사이에서 나타나는 이 차이는 AS 205 N이 사실은 다중성계를 구성하는 하나의 별이라는 사실 때문에 발생했을 수 있다.
AS 205 N은 AS 205 S라는 이름의 별과 함께 이중성계를 구성하고 있는 별이었다. 
이러한 다중성계의 배열은 가스의 탈출 양상이 사실은 폭풍에 의해서가 아니라 동반성에 의한 인력 때문일 수도 있음을 말해주는 것이었다. 
 

사리크의 소감은 다음과 같다.
"우리는 ALMA를 이용하여 이 폭풍에 대해 더 많은 것을 알 수 있게 되기를 희망했습니다만, 또 하나의 새로운 수수께끼를 남겨주었습니다.
우리는 과연 폭풍을 본 것일까요? 아니면 동반성에 의한 중력 조석작용을 본 것일까요?"
 

그러나 이번 논문의 저자들은 그리 비관적이지는 않다.

과학자들은 ALMA를 이용하여 연구를 지속할 계획이다.
이들은 동반성이 존재하지 않는 또다른 독특한 유형의 T 타우리 별을 대상으로 동일한 양상을 보이는지 여부를 확인할 것이다. 
 
T 타우리 별이라는 이름은 1852년 발견된 최초 별의 이름을 따라 지어진 것이다.
황소자리의 세번째 별이었던 이 별은 변덕스러운 밝기의 변화를 보이고 있었다.
한때, 대략 45억년 전 우리 태양도 역시 T 타우리 별이었다. 
 
이번 논문의 공동 저자는 우주망원경 과학 연구소의 클라우스 폰토피단(Klaus Pontoppidan), ALMA 천문대의 스튜어트 코더(Stuartt Corder) , 코넬 대학 천문학과 우주연구 센터의 디에코 무노츠(Diego Munoz), 캘리포니아 기술 연구소 지질학 및 행성과학국의 키창(Ke Zhang) 과 제프리 블레이크(Geoffrey Blake)이다.

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2014년 9월 22일자 
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/t-tauri-alma

참고 : AS 205 N을 비롯한 각종 별에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346972 
           
참고 : 황소자리 T별의 원시행성원반을 비롯한 각종 외계행성에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

 

원문>

Infant Solar System Shows Signs of Windy Weather

Astronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) have observed what may be the first-ever signs of windy weather around a T Tauri star, an infant analog of our own Sun. This may help explain why some T Tauri stars have disks that glow weirdly in infrared light while others shine in a more expected fashion.
 
T Tauri stars are the infant versions of stars like our Sun. They are relatively normal, medium-size stars that are surrounded by the raw materials to build both rocky and gaseous planets. Though nearly invisible in optical light, these disks shine in both infrared and millimeter-wavelength light.
 
“The material in the disk of a T Tauri star usually, but not always, emits infrared radiation with a predictable energy distribution,” said Colette Salyk, an astronomer with the National Optical Astronomical Observatory (NOAO) in Tucson, Ariz., and lead author on a paper published in the Astrophysical Journal. “Some T Tauri stars, however, like to act up by emitting infrared radiation in unexpected ways.”
 
To account for the different infrared signature around such similar stars, astronomers propose that winds may be emanating from within some T Tauri stars’ protoplanetary disks. These winds could have important implications for planet formation, potentially robbing the disk of some of the gas required for the formation of giant Jupiter-like planets, or stirring up the disk and causing the building blocks of planets to change location entirely. These winds have been predicted by astronomers, but have never been clearly detected.
 
Using ALMA, Salyk and her colleagues looked for evidence of a possible wind in AS 205 N – a T Tauri star located 407 light-years away at the edge of a star-forming region in the constellation Ophiuchus, the Snake Bearer. This star seems to exhibit the strange infrared signature that has intrigued astronomers.
 
With ALMA’s exceptional resolution and sensitivity, the researchers were able to study the distribution of carbon monoxide around the star. Carbon monoxide is an excellent tracer for the molecular gas that makes up stars and their planet-forming disks. These studies confirmed that there was indeed gas leaving the disk’s surface, as would be expected if a wind were present. The properties of the wind, however, did not exactly match expectations.
 
This difference between observations and expectations could be due to the fact that AS 205 N is actually part of a multiple star system – with a companion, dubbed AS 205 S, that is itself a binary star.
 
This multiple star arrangement may suggest that the gas is leaving the disk’s surface because it’s being pulled away by the binary companion star rather than ejected by a wind.
 
“We are hoping these new ALMA observations help us better understand winds, but they have also left us with a new mystery,” said Salyk. “Are we seeing winds, or interactions with the companion star?”
 
The study’s authors are not pessimistic, however.  They plan to continue their research with more ALMA observations, targeting other unusual T Tauri stars, with and without companions, to see whether they show these same features.
 
T Tauri stars are named after their prototype star, discovered in 1852 – the third star in the constellation Taurus whose brightness was found to vary erratically.  At one point, some 4.5 billion years ago, our Sun was a T Tauri star.
 
Other authors include Klaus Pontoppidan, Space Telescope Science Institute; Stuartt Corder, Joint ALMA Observatory; Diego Muñoz, Center for Space Research, Department of Astronomy, Cornell University; and Ke Zhang and Geoffrey Blake, Division of Geological & Planetary Sciences, California Institute of Technology,
 
The National Optical Astronomy Observatory is operated by Association of Universities for Research in Astronomy Inc. under a cooperative agreement with the National Science Foundation.
 
The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc. NRAO, together with its international partners, operates ALMA – the world’s most powerful observatory operating at millimeter and submillimeter wavelengths.
 
ALMA, an international astronomy facility, is a partnership of Europe, North America and East Asia in cooperation with the Republic of Chile. ALMA construction and operations are led on behalf of Europe by ESO, on behalf of North America by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), and on behalf of East Asia by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.
 
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