원시행성 원반에 대한 최상의 사진 : 화가자리 베타별(Beta Pictoris)의 먼지원반

 

Credit: NASA, ESA, and D. Apai and G. Schneider (University of Arizona)

 

사진1> 아래쪽 사진이 2천만년 연령의 별, 화가자리 베타별의 거대한 가스와 먼지로 둘러싸인 원반을 가장 세밀하게 촬영해낸 사진이다.
허블우주망원경의 가시광선을 촬영한 이 새로운 사진은 원반의 안쪽으로 별로부터 10억 4천만 킬로미터 지점까지 접근해 들어갔는데, 이는 태양부터 토성 반경 이내의 거리까지 근접해 들어간 거리에 해당한다.

1997년 허블우주망원경에 의해 촬영된 상단의 사진과 비교했을 때, 이 먼지 원반이 마치 회전목마처럼 별 주위를 돌고 있음에도 불구하고 원반상의 먼지 분포는 지난 15년간 거의 변화가 없었음을 알 수 있다.

허블우주망원경의 사진은 원반구조의 세세한 모습을 드러내주기 위해 인위적인 색채로 처리되었다.

 

 

허블우주망원경이 행성에 의해 뒤틀린 원시행성원반에 대한 최상의 모습을 촬영해내다.

 

천문학자들이 허블우주망원경을 이용하여 우리에게 모서리를 보이고 있는 가스와 먼지 원반에 둘러싸인 2천만년 연령의 별인 화가자리 베타별(Beta Pictoris, 베타 빅토리스)의 모습을 가장 세밀하게 그려냈다.

화가자리 베타별은 거대 행성(2009년 발견)을 보유하고 있는 먼지 원반으로서는 직접적으로 촬영이 가능한 천체로 남아 있다.

 

이 먼지원반의 공전주기가 상대적으로 짧기 때문에(대략 18년에서 22년 사이), 천문학자들은 단 몇 년 사이에 거대한 움직임을 포착할 수 있었다.

이러한 조건은 천문학자들로 하여금 원반 내에 안겨 있는 거대 질량의 행성 때문에 원반이 어떻게 뒤틀리는지에 대해 연구할 수 있도록 해 주고 있다.

 

이번에 새로 촬영된 허블 우주망원경의 가시광선 사진은 별로부터 10억 4천만 킬로미터까지 접근해 들어갔는데, 이는 태양부터 토성 반경 이내의 거리까지 근접해 들어갔음을 의미한다.
 

아리조나 대학교 다니엘 아파이(Daniel Apai)의 설명은 다음과 같다.
"몇몇 컴퓨터 시뮬레이션은 짧은 공전 주기를 가진 행성의 중력에 의해 원반 내부의 구조가 복잡해 질 것이라고 예견하고 있습니다.
허블우주망원경을 통해 촬영해낸 이번 새로운 사진들은 이 원반 안쪽의 모습을 드러내주었고, 그 구조가 컴퓨터 시뮬레이션의 예상과 일치함을 보여주었죠.
이번 발견은 컴퓨터 시뮬레이션 모델을 검증해줌으로써, 또다른 원시행성 원반에서 외계행성의 존재를 연역해내는데 도움을 줄 것입니다."

 

화가자리 베타별 주위를 돌고 있는 거대 가스상 행성은 6년전 ESO의 초거대망원경의 적외선 관측에 의해 직접적으로 촬영되었다.

허블우주망원경이 가장 마지막으로 이 천체를 촬영했던 1997년의 사진들과 비교했을 때, 천문학자들은 마치 이 원시행성원반이 회전목마처럼 이 별 주위를 회전하고 있음에도 불구하고 15년의 시간동안 원반상의 먼지 분포에 있어서는 변화가 거의 없었음을 발견했다.

이러한 사실은 원반이 행성의 공전주기와 대략 유사한 회전주기를 가지고 있으며 어느 방향에서도  연속적이고 고른 구조를 가지고 있음을 의미한다.

 

화가자리 베타별은 1984년 주위에 먼지와 파편으로 구성된, 별빛을 반사하며 밝게 빛나는 원반을 두른 별로서 처음으로 발견되었다.

이후 화가자리 베타별은 허블우주망원경과 지상의 여러 망원경들에 의해 강도높은 조사를 받아왔다.

1991년 허블 분광 관측에서는 별을 향해 수시로 추락하는 외계혜성의 증거가 발견되기도 했다.

 

이 별의 원반은 우리에게 모서리를 향하고 있으며 엄청난 양의 빛이 먼지에 반사되면서 매우 밝게 빛나고 있기 때문에 쉽게 목격된다.

무엇보다도 화가자리 베타별은 먼지원반을 두른 다른 별들에 비해 지구로부터 가장 가까운 거리(63광년)에 위치하고 있다.

비록 지금까지 허블우주망원경이 발견해낸 빛을 반사해내고 있는 먼지원반을 두른 별들은 20여개에 달하지만 과학자들은 여전히 화가자리 베타별이 첫번째 발견 대상이기도 하지만 원시행성원반계를 두른 최상의 예라고 말하고 있다.

 

천문학자들이 최근 별주위를 휘감고 있는 먼지원반에 대해 알아낸 사실 하나는 그 구조와 먼지의 양이 놀랄만큼 다양하다는 것이고 이것은 이 원시행성원반계에 존재하고 있을지 모르는 행성의 위치와 질량과의 연관성이 있을지도 모른다는 것이다. 

 

이번 논문의 공동저자인 아리조나 대학의 글렌 슈나이더(Glenn Schneider)는 화가자리 베타별이 주위에 먼지 원반을 두르고 있는 별로서는 기본형에 해당하지만 최상의 원형이라고 꼽을 수는 없는 별이라고 말했다. 

그 이유중 하나는 화가자리 베타별의 원반이 특이하게 많은 먼지를 보유하고 있다는 점이다.

 

이러한 이유는 원반내에서 아마도 눈에 보이지 않는 행성 크기의 천체와 소행성 크기의 천체간의 거대한 충돌이 최근 발생했기 때문인지도 모른다.

특히 남서쪽으로 보이는 먼지와 가스의 밝은 구체는 거대한 충돌에 의해 화성 크기의 천체가 분쇄된 결과일 가능성이 있다.

 

Credit for Hubble Data: NASA, ESA, D. Apai and G. Schneider (University of Arizona),  Credit for ALMA Data: NRAO and W.R.F. Dent (ALMA, Santiago, Chile)

 

사진2> 이 사진은 화가자리 베타별 주위를 둘러싸고 있는 원반에 대한 여러 색깔의 사진을 합성한 것이다.
이 사진에서는 먼지와 가스 분포상에서 나타나는 흥미로운 비대칭을 드러내주고 있다.

이러한 비대칭은 원반내에서 행성간의 충돌이 있었으며 그 충돌에 의해 해당 천체가 완전히 분쇄된 결과로 나타나는 것일지도 모른다.

라디오파 데이터는 ALMA로부터 획득된 것으로서 이 데이터는 1.3밀리미터 크기의 먼지들(초록색)과 일산화탄소 가스(빨간색)의 모습을 보여주고 있다.

 

Credit: NASA, ESA, and D. Apai and G. Schneider (University of Arizona)

 

 

* 출처 : 허블사이트 2015년 2월 19일 발표 뉴스
            http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2015/06/

 

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

 

 

원문>

News Release Number: STScI-2015-06

Hubble Gets Best View of a Circumstellar Debris Disk Distorted by a Planet

Astronomers have used NASA's Hubble Space Telescope to take the most detailed picture to date of a large, edge-on, gas-and-dust disk encircling the 20-million-year-old star Beta Pictoris.

Beta Pictoris remains the only directly imaged debris disk that has a giant planet (discovered in 2009). Because the orbital period is comparatively short (estimated to be between 18 and 22 years), astronomers can see large motion in just a few years. This allows scientists to study how the Beta Pictoris disk is distorted by the presence of a massive planet embedded within the disk.

The new visible-light Hubble image traces the disk in closer to the star to within about 650 million miles of the star (which is inside the radius of Saturn's orbit about the Sun).

"Some computer simulations predicted a complicated structure for the inner disk due to the gravitational pull by the short-period giant planet. The new images reveal the inner disk and confirm the predicted structures. This finding validates models, which will help us to deduce the presence of other exoplanets in other disks," said Daniel Apai of the University of Arizona. The gas-giant planet in the Beta Pictoris system was directly imaged in infrared light by the European Southern Observatory's Very Large Telescope six years ago.

When comparing the latest Hubble images to Hubble images taken in 1997, astronomers find that the disk's dust distribution has barely changed over 15 years despite the fact that the entire structure is orbiting the star like a carousel. This means the disk's structure is smoothly continuous in the direction of its rotation on the timescale, roughly, of the accompanying planet's orbital period.

In 1984 Beta Pictoris was the very first star discovered to host a bright disk of light-scattering circumstellar dust and debris. Ever since then Beta Pictoris has been an object of intensive scrutiny with Hubble and with ground-based telescopes. Hubble spectroscopic observations in 1991 found evidence for extrasolar comets frequently falling into the star.

The disk is easily seen because it is tilted edge-on and is especially bright due to a very large amount of starlight-scattering dust. What's more, Beta Pictoris is closer to Earth (63 light-years) than most of the other known disk systems.

Though nearly all of the approximately two-dozen known light-scattering circumstellar disks have been viewed by Hubble to date, Beta Pictoris is the first and best example of what a young planetary system looks like, say researchers.

One thing astronomers have recently learned about circumstellar debris disks is that their structure, and amount of dust, is incredibly diverse and may be related to the locations and masses of planets in those systems. "The Beta Pictoris disk is the prototype for circumstellar debris systems, but it may not be a good archetype," said co-author Glenn Schneider of the University of Arizona.

For one thing the Beta Pictoris disk is exceptionally dusty. This may be due to recent major collisions among unseen planetary-sized and asteroid-sized bodies embedded within it. In particular, a bright lobe of dust and gas on the southwestern side of the disk may be the result of the pulverization of a Mars-sized body in a giant collision.

Both the 1997 and 2012 images were taken in visible light with Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph in its coronagraphic imaging mode. A coronagraph blocks out the glare of the central star so that the disk can be seen.

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

Daniel Apai / Glenn Schneider
University of Arizona, Tucson, Ariz.
520-621-6534 / 520-621-5865
apai@arizona.edu / gschneider@as.arizona.edu