플루토 크기의 천체들이 청소년기를 맞는 태양과 같은 별 주위에 만들어내는 먼지.

* 플루토(Pluto)는 '명왕성'을 말합니다.

명왕성은 더 이상 행성으로 분류되지 않습니다.

'명왕성'이라는 한자식 표현은 '해왕성, '천왕성'등과 동급의 표현으로 행성이라는 의미를 가지고 있는 표현입니다.

따라서 오해의 소지를 없애기 위해 더 이상 '명왕성'으로 적시하지 않고 영어 표현 그대로 '플루토(Pluto)'로 표현합니다.

 

 

Credit: A. Angelich (NRAO/AUI/NSF)

 

그림> 이 그림은 HD 107146과 그 주위의 파편 원반을 그린 상상화이다.
이 청년기의 별은 최외곽에 플루토 크기의 천체들이 흩어져 있으며 이들이 좀더 규모가 작은 주변 천체들을 밀쳐내면서충돌을 야기시켜 상당한 먼지들을 만들어내고 있다.
 

플루토 크기의 천체들이 청소년기를 맞는 태양과 같은 별 주위에 만들어내는 먼지.

 

천문학자들이 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, 이하 ALMA)을 이용하여,  청소년기의 태양에 해당하는 별 주위를 유영하고 있는 플루토 크기의 천체들이 만들어낸 먼지 가득한 환경을 탐지해낸 것으로 보인다.
천문학자들은 HD 107146 으로 알려진 별을 감싸고 있는 원시행성원반을 세부적으로 관측하여 이 원반의 외곽에서 밀리미터 크기 먼지들의 집중양상이 예상밖으로 증가하는 모습을 탐지한 것이다.

이러한 놀라운 증가 양상은 중심의 별로부터 130억 킬로미터나 떨어진 지역에서 시작되고 있으며 이는 이 지역에 플루토 크기의 미행성들이 증가하여 충돌과 파괴가 지속된 결과로 생각되고 있다.

 

원시행성원반의 먼지들은 일반적으로 행성의 형성이후 남겨진 물질들로부터 생겨난다.

이 원반의 전생애 중 매우 초기에 이러한 먼지들은 혜성이나 소행성과 같은 비교적 큰 몸집을 가진 천체들의 충돌에 의해 지속적으로 보충된다.

이미 완전하게 형성된 행성을 갖추고 있는 성숙단계의 태양계에서는 상대적으로 이 먼지들은 얼마 남아있지 않다.

 

이 두 단계 사이, 즉 태양이 미숙한 십대 정도에 해당하는 시절에 대한 특정 모델은 먼지 원반에서 가장 멀리 떨어진 지역에 보다 밀도높은 먼지의 집중양상이 있었을 것으로 예견하고 있다.
바로 이러한 현상이 ALMA에 의해 발견된 것이다.

 

아스트로피지컬 저널에 개재가 수락된 논문의 주저자이자 메사추세츠 캠프리지 대학 천체물리학 하바드 스미스소니언 센터의 천문학자인 루카 리치(Luca Ricci)는 HD 107146 에 존재하는 먼지들이 매우 흥미로운 구조를 드러냈으며 이 별의 원시행성원반 최외곽에서 점점 두께가 두꺼워지고 있다고 말했다.

 

리치의 설명은 다음과 같다.
"이번 발견에서 놀라운 점은 이보다 어린 원시 행성원반에서 먼지가 보다 높은 밀도로 존재하는 지역은 별의 근처 지역임에반해  이곳은 반대로 나타난다는 점입니다.
이것이 가능한 이유로 우리는 이 특별한 파편 원반에서 플루토 크기의 미행성들이 바깥쪽에서 지금 생성되고 있다는 것을 포착했죠. 

별과 가까운 거리에서는 다른 플로투 크기의 천체들이 이미 형성되어 있는 상태였죠." 
 

작금의 컴퓨터 모델에 따르면 원반의 외곽 지역에 보다 높은 먼지 밀도가 존재한다는 것은 최근 생성된 플루토 크기의 천체들의 존재에 의해서만 설명이 가능하다.

이들의 중력이 보다 작은 미행성들을 교란시키면서 보다 잦은 충돌을 만들어내고 그 결과 만들어진 먼지들이 ALMA에 의해 목격된 것이다.

 

ALMA의 관측 데이터는 또한 이 원반의 외곽 지역의 흥미로운 구조에 대한 힌트를 주고 있다.
이 먼지 지역내에 12억 킬로미터 너비의 움푹 들어간 지역이 존재하며, 이 지역은 중심 별로부터 태양-해왕성 거리의 2.5배에 달하는 거리에서 시작되고 있다는 점이다.

 

예비관측을 통해서만 관측되긴 했지만 이 움푹 들어간 지역은 먼지 상의 간극일수 있으며 이는 지구 정도의 질량을 가진 행성이  이 지역의 먼지들을 깨끗이 슬어내고 있음을 암시하는 것일 수도 있다.

 

Credit: L. Ricci ALMA (NRAO/NAOJ/ESO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

 

사진> 이 사진은 HD 107146 주변의 먼지를 ALMA가 촬영한 것이다.
이 먼지 원반의 외곽에 있는 먼지들은 안쪽보다 더 두꺼운 상태를 보여주고 있는데 이는 이곳에 플루토 크기의 미행성들이 존재하며 보다 작은 천체들을 서로 충돌하게 만들고 있다는 것을 암시하고 있다.
이 원반의 중간 부분에 검은 고리처럼 보이는 구조는 이곳에 존재하는 행성이 궤도상의 먼지를 깨끗이 쓸어내고 있다는 증거일지도 모른다.
 

이러한 구조는 행성과 같은 천체가 이 원반상에 존재할 수 있다는 중요한 의미를 함축하고 있으며 지금까지 관측된 것과는 완전히 다른 새로운 영역에 지구 크기의 행성이 형성될 수 있음을 암시하는 것일지도 모른다.

 

HD 107146 이라는 별은 천문학자들에게는 특별한 관심을 불러일으키는데, 이 별은 여러 측면에 있어 우리 태양의 젊은 버전에 해당하기 때문이다.
이곳은 또한 우리 태양계가 초기단계에서 성숙한 단계로 전이되는 양상을 보여주는 중간 단계의 천체이기도 하며 행성의 형성이 완료되는 최종 단계와 별 주위로 공전이 시작되는 수십억년의 긴 여정이 시작되는 단계를 보여주는 것이기도 하다.

 

ALMA 부이사이자 이번 논문의 공동저자인 스튜어트 코더(Stuartt Corder)의 소감은 다음과 같다.
"이곳은 태양과 같은 별의 어린 시절과 그 주변의 흥미로운 시대를 연구할 수 있는 기회를 제공해주고 있습니다.
우리는 이곳에서 태양이 현재 나이의 2%정도밖에 되지 않던 과거를 되돌아 볼 수 있게 되는 셈입니다."

 

HD 107146 은 머리털 자리 방향으로 지구로부터 90광년 거리에 위치하고 있으며 나이는 대략 1억살 정도이다.

 

ALMA의 새로운 장기선을 이용하여 추가관측이 실행되면 ALMA의 고해상도 관측 능력은 이 흥미로운 천체의 역학이나 조성에 대해서 더 많은 정보를 알려주게 될 것이다.

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2014년 12월 11일자 
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/swarm-pluto-alma
 

 

참고 : 외계행성계 및 외계행성에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 확인할 수 있습니다. 
          https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

 

원문>

December 11, 2014

Swarms of Pluto-Size Objects Kick Up Dust around Adolescent Sun-Like Star

Astronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) may have detected the dusty hallmarks of an entire family of Pluto-size objects swarming around an adolescent version of our own Sun.

By making detailed observations of the protoplanetary disk surrounding the star known as HD 107146, the astronomers detected an unexpected increase in the concentration of millimeter-size dust grains in the disk's outer reaches. This surprising increase, which begins remarkably far -- about 13 billion kilometers -- from the host star, may be the result of Pluto-size planetesimals stirring up the region, causing smaller objects to collide and blast themselves apart.

Dust in debris disks typically comes from material left over from the formation of planets. Very early in the lifespan of the disk, this dust is continuously replenished by collisions of larger bodies, such as comets and asteroids. In mature solar systems with fully formed planets, comparatively little dust remains. In between these two ages -- when a solar system is in its awkward teenage years -- certain models predict that the concentration of dust would be much denser in the most distant regions of the disk. This is precisely what ALMA has found.

"The dust in HD 107146 reveals this very interesting feature -- it gets thicker in the very distant outer reaches of the star’s disk," said Luca Ricci, an astronomer at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, and lead author on a paper accepted for publication in the Astrophysical Journal. At the time of the observations, Ricci was with the California Institute of Technology in Pasadena.

"The surprising aspect is that this is the opposite of what we see in younger primordial disks where the dust is denser near the star. It is possible that we caught this particular debris disk at a stage in which Pluto-size planetesimals are forming right now in the outer disk while other Pluto-size bodies have already formed closer to the star," said Ricci.

According to current computer models, the observation that the density of dust is higher in the outer regions of the disk can only be explained by the presence of recently formed Pluto-size bodies. Their gravity would disturb smaller planetesimals, causing more frequent collisions that generate the dust ALMA sees.

The new ALMA data also hint at another intriguing feature in the outer reaches of the disk: a possible "dip" or depression in the dust about 1.2 billion kilometer wide, beginning approximately 2.5 times the distance of the Sun to Neptune from the central star. Though only suggested in these preliminary observations, this depression could be a gap in the disk, which would be indicative of an Earth-mass planet sweeping the area clear of debris. Such a feature would have important implications for the possible planet-like inhabitants of this disk and may suggest that Earth-size planets could form in an entirely new range of orbits than have ever been seen before.

The star HD 107146 is of particular interest to astronomers because it is in many ways a younger version of our own Sun. It also represents a period of transition from a solar system's early life to its more mature, final stages where planets have finished forming and have settled into their billions-of-years-long journeys around their host star.

"This system offers us the chance to study an intriguing time around a young, Sun-like star," said ALMA Deputy Director and coauthor Stuartt Corder. "We are possibly looking back in time here, back to when the Sun was about 2 percent of its current age."

The star HD 107146 is located approximately 90 light-years from Earth in the direction of the constellation Coma Berenices. It is approximately 100 million years old. Further observations with ALMA’s new long baseline, high resolution capabilities will shed more light on the dynamics and composition of this intriguing object.

#  #  # 

Additional authors on the paper include John M. Carpenter and B. Fu, Caltech; A. M. Hughes, Wesleyan University; and Andrea Isella, Rice University.

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

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 Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (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 and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

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.

Contacts: Charles E. Blue, Public Information Officer
(434) 296-0314; cblue@nrao.edu

Luca Ricci
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Email: lucaricci83@gmail.com