이중성계에서 행성의 형성이 진행중인 생명줄을 발견하다.

 

Credit: ESO/L. Calcada

 

그림1> 이 상상화는 GG Tauri-A라는 이중성계 주위를 둘러싼 먼지와 가스를 묘사한 것이다.
과학자들이 ALMA를 이용하여 이 이중성계의 두 개 원반 사이에 존재하는 가스를 관측해냈다.
이러한 결과는 중력적으로 불안한 상태에 있는 이중성계에도 행성이 형성될 수 있을지도 모른다는 점을 말해주고 있다.
태양과 같은 별의 반 정도는 이중성계에서 탄생하므로 이번 발견은 외계행성의 발견을 위한 중요한 결과가 될 것이라는 의미를 갖는다.

 

 

이중성계에서 행성의 형성이 진행중인 생명줄을 발견하다.  

 

사상 처음으로 ALMA를 이용한 관측을 통해 많은 질량이 몰려있는 외곽 원반으로부터 안쪽의 이중성계에 이르도록 흐르고 있는 가스의 흐름을 발견해냈다.

이번에 처음 발견된 이 구조는, 이러한 구조가 아니라면 예전에 이미 없어졌을 것으로 생각되는 행성의 형성이 진행 중인 두번째, 소규모 원반의 유지와 관련이 있는 것으로 보인다.

태양과 같은 별의 반 정도는 이중성계에서 탄생하므로 이번 발견은 외계행성의 발견을 위한 중요한 결과가 될 것이라는 의미가 있다.
이번 관측 결과는 2014년 10월 30일 네이처 지에 개재되었다.

 

프랑스 보르도 천체물리 연구소 및 CNRS 소속의 앤 더트리(Anne Dutrey)가 이끄는 연구팀은 ALMA를 이용하여 GG Tau-A 라 불리는 다중성계 내에서 먼지와 가스의 분포를 관측하였다[1].
이 천체의 연령은 고작 수백만년 정도밖에 되지 않았으며 황소자리 방향으로 450광년 거리에 위치하고 있다.

 

마치 바퀴안에 바퀴가 있는 것것럼 GG Tau-A는 중심별 주변을 감싸고 있는 원반 뿐 아니라 전체 이중성계를 휘감아 돌고 있는 외곽 원반도 가지고 있다.

안쪽 원반이 가지고 있는 질량은 대략 목성의 질량 정도이다.

 

이 안쪽 원반의 존재는 천문학자들에게는 흥미로운 수수께끼가 된다.
왜냐하면 이 원반은 물질들을 중심 별에 의해 잃고 있기 때문에 이미 오래전에 고갈되었어야 하기 때문이다.

 

ALMA를 이용하여 이 구조들을 관측하는 동안 연구팀은 두 개의 원반 사이에서 가스 뭉치를 발견해냈다.
이러한 발견은 물질들이 바깥쪽 원반으로부터 안쪽 원반으로 이동하고 있으며 두 개 원반 사이에 지속적인 생명줄을 유지하고 있다는 점을 암시하고 있었다[2].

 

더트리의 설명은 다음과 같다.
"빈공간을 통해 물질들이 흐르고 있다는 것은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 예견된 바 있지만 관측으로 잡아내기는 이번이 처음입니다.
이러한 가스 뭉치의 발견은 물질들이 원반들 사이를 움직이고 있으며 한 원반이 다른 원반에게 잡아먹히고 있다는 점을 보여주는 것이랍니다.
또한 이번 관측은 바깥쪽에 위치한 원반의 물질들이 오랜 시간 동안 안쪽 원반의 유지를 가능케 하고 있음을 보여주고 있는데,  이것은 잠재적인 행성 형성의 주요 결과이기도 합니다."

 

행성은 별이 생성되고 남은 물질들로 만들어진다.
이것은 매우 느리게 진행되며 원반이 유지되는 것은 행성 형성의 선결조건이기도 하다.

 

 

ALMA를 통해 목격한 이 현상이 다른 다중성계에서도 발생하고 있다면 이번 발견은 장래에 외계행성을 발견할 수 있을 만한 새로운 지역들을 소개한 것이라 할 수 있다.

 

외계행성의 발견을 위한 첫번째 단계는 우리 태양과 같은 하나의 별을 직접적으로 관측하는데서 시작된다[3].

 

그러나 보다 최근에는 거대한 행성의 큰 파편이 이중성계 주위를 공전하는 모습이 포착되기도 했다.

이제 연구원들은 다중성계에서 각각의 별 주위를 공전하는 행성의 존재 가능성을 찾기 위해 보다 더 정밀한 관측을 하기 시작했다.
이번 발견은 이와 같은 행성들의 존재 가능성을 뒷받침하고 있으며 외계행성을 찾는 사람들에게 새로운 사냥장소를 제공해주고 있는 셈이다.

 

이번 논문의 공동저자인 엠마누엘 디 폴코(Emmanuel Di Folco)의 결론은 다음과 같다.
"태양과 같은 별의 거의 반 정도는 이중성계에서 탄생한답니다.
 이는 우리가 발견한 지속적인 행성 형성의 역학이 미리내의 상당히 많은 별들에도 적용될 수 있음을 의미합니다.
 우리의 발견은 행성 형성에 대한 진정한 이해로 다가서는 큰 걸음이라 할 수 있습니다."

 

 

Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

 

사진 1> 이 사진은 GG Tauri 다중성계 주변을 촬영한 광대역 사진으로 GG Tauri는 사진 정중앙 바로 가까이에 위치하고 있다.
이 사진은 또한 상단 부근에 별 생성이 진행중임을 증거하는 먼지 구름도 담고 있다.
GG Tauri 자체와 마찬가지로 이것은 황소자리 암흑 구름 복합체의 일부로서 지구에서 가장 가까이 위치한 별 생성 지역 중 하나이다.

 

 

 

 

 

각주

 

[1] GG Tau-A는 GG Tauri라 불리는 보다 복잡한 다중성계의 한 부분이다.
VLTI를 이용한 GG Tau-A에 대한 최근의 관측 결과,  원반을 두르고 있지 않은 GG Tau Ab 라는 별은 GG Tau-Ab1과 GG Tau-Ab2라는 별이 가까이 붙은 이중성계임이 밝혀졌다. 
이들은 GG Tau를 구성하는 다섯번째 구성원으로 발표되었다.

 

[2] ALMA를 이용한 이전 관측 결과는 원반의 바깥 부분으로부터 안쪽으로 흐르고 있는 물질과 하나의 별을 보여준 바 있다.

 

[3] 이중성계의 공전궤도는 훨씬 복잡하고 안정적이지 않기 때문에 하나의 별 주변보다 다중성계 주위에서 행성이 형성되는 것은 훨씬 어려운 일이라고 생각되고 있다.

 
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release  2014년 10월 29일자
         http://www.eso.org/public/news/eso1434/

 

참고 : 각종 별에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346972
      
참고 : 각종 외계행성에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

원문>

eso1434 — Science Release

Planet-forming Lifeline Discovered in a Binary Star System

ALMA Examines Ezekiel-like “Wheel in a Wheel” of Dust and Gas

29 October 2014

For the first time, researchers using ALMA have detected a streamer of gas flowing from a massive outer disc toward the inner reaches of a binary star system. This never-before-seen feature may be responsible for sustaining a second, smaller disc of planet-forming material that otherwise would have disappeared long ago. Half of Sun-like stars are born in binary systems, meaning that these findings will have major consequences for the hunt for exoplanets. The results are published in the journal Nature on 30 October 2014.

A research group led by Anne Dutrey from the Laboratory of Astrophysics of Bordeaux, France and CNRS used the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) to observe the distribution of dust and gas in a multiple-star system called GG Tau-A [1]. This object is only a few million years old and lies about 450 light-years from Earth in the constellation of Taurus (The Bull).

Like a wheel in a wheel, GG Tau-A contains a large, outer disc encircling the entire system as well as an inner disc around the main central star. This second inner disc has a mass roughly equivalent to that of Jupiter. Its presence has been an intriguing mystery for astronomers since it is losing material to its central star at a rate that should have depleted it long ago.

While observing these structures with ALMA, the team made the exciting discovery of gas clumps in the region between the two discs. The new observations suggest that material is being transferred from the outer to the inner disc, creating a sustaining lifeline between the two [2].

“Material flowing through the cavity was predicted by computer simulations but has not been imaged before. Detecting these clumps indicates that material is moving between the discs, allowing one to feed off the other,” explains Dutrey. “These observations demonstrate that material from the outer disc can sustain the inner disc for a long time. This has major consequences for potential planet formation.”

Planets are born from the material left over from star birth. This is a slow process, meaning that an enduring disc is a prerequisite for planet formation. If the feeding process into the inner disc now seen with ALMA occurs in other multiple-star systems the findings introduce a vast number of new potential locations to find exoplanets in the future.

The first phase of exoplanet searches was directed at single-host stars like the Sun [3]. More recently it has been shown that a large fraction of giant planets orbit binary-star systems. Now, researchers have begun to take an even closer look and investigate the possibility of planets orbiting the individual stars of multiple-star systems. The new discovery supports the possible existence of such planets, giving exoplanet discoverers new happy hunting grounds.

Emmanuel Di Folco, co-author of the paper, concludes: “Almost half the Sun-like stars were born in binary systems. This means that we have found a mechanism to sustain planet formation that applies to a significant number of stars in the Milky Way. Our observations are a big step forward in truly understanding planet formation.”

Notes

[1] GG Tau-A is part of a more complex multiple-star system called GG Tauri. Recent observations of GG Tau-A using the VLTI have revealed that one of the stars — GG Tau Ab, the one not surrounded by a disc — is itself a close binary, consisting of GG Tau-Ab1 and GG Tau-Ab2. This introduced a fifth component to the GG Tau system. 

[2] An earlier result with ALMA showed an example of a single star with material flowing inwards from the outer part of its disc.

[3] Because orbits in binary stars are more complex and less stable, it was believed that forming planets in these systems would be more challenging than around single stars.

More information

This research was presented in a paper entitled “Planet formation in the young, low-mass multiple stellar system GG Tau-A” by A. Dutrey et al., to appear in the journal Nature.

The team is composed of Anne Dutrey (University Bordeaux/CNRS, France), Emmanuel Di Folco (University Bordeaux/CNRS), Stephane Guilloteau (University Bordeaux/CNRS), Yann Boehler (University of Mexico, Michoacan, Mexico), Jeff Bary (Colgate University, Hamilton, USA), Tracy Beck (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), Hervé Beust (IPAG, Grenoble, France), Edwige Chapillon (University Bordeaux/IRAM, France), Fredéric Gueth (IRAM, Saint Martin d’Hères, France), Jean-Marc Huré (University Bordeaux/CNRS), Arnaud Pierens (University Bordeaux/CNRS), Vincent Piétu (IRAM), Michal Simon (Stony Brook University, USA) and Ya-Wen Tang (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, Taipei, Taiwan).

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of Europe, North America and East Asia in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded in Europe by the European Southern Observatory (ESO), in North America by the U.S. National Science Foundation (NSF) in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science Council of Taiwan (NSC) and in East Asia by the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan. ALMA construction and operations are led on behalf of Europe by ESO, on behalf of North America by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), which is managed by Associated Universities, Inc. (AUI) 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.

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 15 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is the European partner of a revolutionary astronomical telescope ALMA, the largest astronomical project in existence. ESO is currently planning the 39-metre European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

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