현미경자리 AU 별(AU Microscopii)의 먼지원반에서 발견된 수수께끼의 파동

 

Credit for Top Panel: NASA, ESA, G. Schneider (Steward Observatory), and the HST GO 12228 team,  Credit for Bottom Panels: NASA, ESA, ESO, and A. Boccaletti (Paris Observatory)

 

사진 1> 우리에게 모서리를 드러내고 있는 640억 킬로미터 지름의 이 원반은 현미경자리 AU 별(AU Microscopii)을 감싸고 있는 원반으로서 이번에 파동 모양의 수수께끼의 구조가 처음으로 발견되었다.

천문학자들은 허블우주망원경이 2010년과 2011년에 촬영한 사진과 2014년 유럽남반구천문대의 초거대망원경(Very Large Telescope, VLT)이 2014년 촬영한 사진을 비교함으로써 이 파동들이 시속 4만 킬로미터의 속도로 움직이고 있다는 것을 알게되었다.

이러한 엄청난 속도는 이 구조물들이 원반 상의 행성이나 작은 천체들에 의해 만들어진 것은 아니라는 점을 알려주고 있다.

하지만 어떻게 이러한 현상이 가능한지는 여전히 규명되지 않은 상태이다.

이러한 구조는 별을 휘감고 있는 가스와 먼지 원반상에서는 이전에 일체 관측되지 않던 현상이다.

이 사진은 원반상의 구조를 드러내기 위해 인위적인 색깔을 입혀 처리한 것이다.

 

천문학자들이 NASA의 허블우주망원경과 ESO의 초거대망원경을 이용하여 현미경자리 AU 별 주위를 둘러싸고 있는 먼지 원반 내에서 빠르게 움직이는 물체를 발견해냈다.

이번 관측 데이터의 분석에 참여했던 과학자들은 빠르게 움직이는 파동과 같은 이 구조는 별 주위를 둘러싼 원반에서 아직까지 전혀 관측된 바 없는 현상이라고 설명했다.

아직 설명되지 않고 있는 이 현상은 별 주위를 둘러싸고 있는 원반에서 어떻게 행성이 형성되는지에 대한 값진 단서를 제공해 줄 수 있을 것으로 보인다.

 

현미경자리 AU 별은 남반구의 별자리인 현미경 자리 방향으로 지구로부터 32광년 거리에 위치하고 있다.

이 별이 거느리고 있는 먼지 원반은 지구를 향해 모서리를 드러내고 있기 때문에 이와 같은 현상을 관측하기에는 최상의 조건을 거느린 별이라 할 수 있다.

이러한 배치로 인해 먼지 원반 상에서의 특정 세부를 훨씬 더 상세하게 볼 수 있는 것이다.

 

천문학자들은 현미경자리 AU 별의 원반에서 행성 형성의 증거를 제공해 줄 것으로 보이는 먼지 덩어리나 뒤틀린 구조물의 흔적을 탐사해왔다.

이들은 ESO의 초거대망원경(the Very Large Telescope, 이하 VLT)에 장착되어 있는 SPHERE(분광광도계의 높은 대비를 이용한 외계행성 연구 장비, the Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument)를 이용하여 별과 가까운 곳에 자리잡고 있으면서 바깥쪽으로 빠르게 이동하는 움직임을 보이는 매우 독특한 구조물들을 발견했다.

이번 논문의 주저자인 파리 천문대 안토니 보칼레티(Anthony Boccaletti)의 설명은 다음과 같다.
"SPHERE가 촬영한 사진은 아치 또는 파도와 같은 형태를 띤 뭐라 설명되지 않는 구조가 원반 상에 존재한다는 것을 보여주었습니다.
이러한 구조는 예전에는 일체 관측되지 안았던 구조입니다."

SPHERE를 통해 얻은 사진들은 마치 파도와 같은 아치가 연달아 이어져서 마치 수면에 퍼져 나가는 동심원과 같은 모습을 하고 있다는 것을 알려주었다.

 

SPHERE의 데이터에서 이 특이한 구조물들을 식별해 낸 후 연구팀은 허블우주망원경이 2010년과 2011년에 촬영한 원반 사진으로 눈을 돌렸다.

파도와 같은 모습의 이 구조물들은 처음 허블관측 자료에서는 전혀 식별되지 않았다.

그러나 허블의 관측 사진을 재처리해본 결과 그 구조가 식별되었을뿐만 아니라 오랜 시간에 걸쳐 변화된 양상까지도 알 수 있게 되었다.

 

 

Credit:ESO, NASA & ESA

 

사진2> 가장 상단의 사진은 2010년 허블우주망원경으로 촬영된 현미경자리 AU 별의 사진이며 중간은 2011년에 역시 허블우주망원경으로 촬영된 동일 대상의 사진이다. 

가장 아래 사진은 2014년 VLT/SPHERE에 의해 촬영된 사진이다.

한가운데의 검은 원은 주변의 희미한 원반을 더욱 선명하게 드러내기 위하여 밝은 별빛을 차폐한 것이다.
별의 위치가 그림으로 그려져 있다.

사진 상단의 폭을 나타내고 있는 선은 태양계에서 해왕성의 공전궤도 크기(60AU)를 비교한 것이다.

원반의 외곽에서 묘사된 밝기는 희미한 원반 구조를 식별하기 위해 인위적으로 밝기를 과장한 것이다.

 

과학자들은 이 동심원이 움직이고 있으며 그것도 매우 빠르게 움직이고 있다는 사실을 보고하였다.

 

연구팀의 일원인 스위스 연방 기술연구소의 크리스티안 탈만(Christian Thalmann)은 허블의 자료로 인해 이 특이한 구조의 3~4년에 걸친 움직임을 추적하기에 충분한 정보를 확보할 수 있게 되었다고 말했다.

 

캘리포니아 오크랜드 유레카 사이언티픽 사의 공동 개발자 캐롤 그레이디(Carol Grady)의 설명은 다음과 같다.
"이로서 우리는 이 아치들이 초속 10킬로미터의 속도로 별로부터 멀어지고 있다는 사실을 알아낼 수 있었습니다.
이론상으로는 이와 같은 구조의 존재가 예측된 적도 없고 관측된 적도 없기 때문에 현재 우리가 할 수 있는 것은 이 구조가 언제부터, 어떻게 만들어지기 시작했는지를 추정을 해 보는 것 뿐입니다."

 

이 동심원은 별로부터 멀어질수록 더 속도가 빨라지고 있는 것처럼 보인다.

이 중 최소한 3개의 아치 구조는 너무나 빨리 움직이고 있어 별의 중력장에서 벗어날 수 있을 것으로 보인다.

이와 같은 빠른 속도로 인하여 원반 상에서 중력장애를 만들어내는 행성과 같은 천체에 의해 이 파동이 생겨났을 거라는 예측은 배제되었다.

연구팀은 또한 두 개의 무거운 천체의 충돌 가설과 엄청난 양의 먼지를 뿜어내는 특이한 소행성과 같은 천체들의 가설, 그리고 원반계 중력의 불안정성에 의해 촉발된 나선형 파동의 가설과 같은 일련의 설명도 배제하였다.

이번 논문의 공동저자인 허블연구팀의 책임자 글렌 슈나이더(Glenn Schneider)의 설명은 다음과 같다.
"이 특이한 구조들에 대한 한가지 설명은 이들이 별의 플레어와 연관된 것으로 보고 있습니다.
현미경자리 AU 별은 왕성한 플레어 활동을 보이고 있는 별입니다.
이러한 특징은 현미경자리 AU 별과 같이 상대적으로 낮은 온도와 질량을 가진 어린 별들에게는 일반적으로 나타나는 현상이죠.
현미경자리 AU 별은 종종 엄청난 양의 에너지를 갑작스럽게 쏟아내곤 합니다.
만약 그곳에 행성들이 있다면 이 플레어들 중 하나가 이 행성들 중 하나의 물질들을 벗겨내는 파괴적인 양상을 촉발시켰을 수도 있습니다.
이러한 작용에 의해 원반 전반에 걸쳐 플레로부터 뿜어져나온 파동이 증폭되었을 수도 있죠."
 
연구팀은 현미경자리 AU 별에서 무슨일이 일어나고 있는지를 알기 위해 관측을 계속할 것이다.

그러나 아직까지 이 흥미로운 구조물들의 성격은 여전히 수수께기로 남아 있다.

 

이번 연구 결과는 2015년 10월 8일 네이처지에 개재되었다.

 

Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

 

표1> 이 표는 희미한 남반구의 별자리인 현미경 자리에 자리잡고 있는 AU 별의 위치를 보여주고 있다.

표 상의 별들은 청명하고 어두운 밤이라면 모두 맨눈으로 식별이 가능한 별들이다.

그러나 현미경 자리 AU 별은 맨눈으로는 식별이 불가능하다. 따라서 이 표에는 그 위치만 붉은 색 원으로 표시되어 있다.

 

Credit:ESO/Digitized Sky Survey 2

 

사진 4> 이 사진은 현미경자리 AU 별과 그 주위의 하늘을 보여주고 있는 사진으로서 DSS2의 일환으로 제작된 것이다.

현미경자리 AU 별은 사진 중앙 바로 아래에 중간 밝기의 주황색 별로 보인다.

이 사진은 여러 해의 간격을 두고 다양한 색깔의 필터를 이용하여 촬영한 사진들을 근거로 만들어졌기 때문에 현미경자리 AU 별이 약간 움직인 모습이 담기면서 마치 짝별처럼 보이고 있다.

 

출처 : 허블사이트 2015년 10월 7일 발표 뉴스
         http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2015/36/         

 
참고 : 현미경자리 AU 별을 비롯한 각종 별에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

 

원문>

News Release Number: STScI-2015-36

Mysterious Ripples Found Racing Through Planet-Forming Disk

Astronomers using NASA's Hubble Space Telescope and the European Southern Observatory's (ESO) Very Large Telescope in Chile have discovered never-before-seen moving features within the dusty disk surrounding the young, nearby star AU Microscopii (AU Mic). The fast-moving, wave-like structures are unlike anything ever observed in a circumstellar disk, said researchers of a new analysis. This new, unexplained phenomenon may provide valuable clues about how planets form inside these star-surrounding disks.

AU Mic is located 32 light-years away in the southern constellation Microscopium. It is an optimal star to observe because its circumstellar disk is tilted edge on to our view from Earth. This allows for certain details in the disk to be better seen.

Astronomers have been searching AU Mic's disk for any signs of clumpy or warped features that might offer evidence for planet formation. They discovered some very unusual, apparently outward-moving features near the star by using ESO's SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research) instrument, mounted on the Very Large Telescope.

"The images from SPHERE show a set of unexplained features in the disk, which have an arc-like, or wave-like structure, unlike anything that has ever been observed before," said Anthony Boccaletti of the Paris Observatory, the paper's lead author.

The images reveal a train of wave-like arches, resembling ripples in water. After spotting the features in the SPHERE data the team turned to earlier Hubble images of the disk, taken in 2010 and 2011. The wave-like nature of some of these features were not recognized in the initial Hubble observations. But once astronomers reprocessed the Hubble images they not only identified the features but realized that they had changed over time. The researchers report that these ripples are moving — and they are moving very fast.

"We ended up with enough information to track the movement of these strange features over a 3- to 4-year period," explained team member Christian Thalmann of the Swiss Federal Institute of Technology in Zurich, Switzerland. "By doing this, we found that the arches are racing away from the star at speeds of up to 10 kilometers per second (22,000 miles per hour)!" Co-investigator Carol Grady of Eureka Scientific in Oakland, California, added, "Because nothing like this has been observed or predicted in theory we can only hypothesize when it comes to what we are seeing and how it came about."

The ripples farther away from the star seem to be moving faster than those closer to it. At least three of the features are moving so fast that they are likely escaping from the gravitational attraction of the star. Such high speeds rule out the possibility that these features are caused by objects, like planets, gravitationally disturbing material in the disk. The team has also ruled out a series of phenomena as explanations, including the collision of two massive and rare asteroid-like objects releasing large quantities of dust and spiral waves triggered by instabilities in the system's gravity.

one explanation for the strange structure links them to the star's flares. AU Mic is a star with high flaring activity. This is typical for such young, relatively cool, low-mass stars. AU Mic often lets off huge and sudden bursts of energy from on or near its surface,” said co-author and leader of the Hubble team Glenn Schneider of Steward Observatory in Tucson, Arizona. one of these flares could perhaps have triggered something on one of the planets — if there are planets — like a violent stripping of material, which could now be propagating through the disk, propelled by the flare's force."

The team plans to continue to observe the AU Mic system to try to understand what is happening. But, for now, these curious features remain an unsolved mystery.

The results will be published Oct. 8 in the British science journal Nature.

CONTACT

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

Felicia Chou
NASA Headquarters, Washington, D.C.
202-358-0257
felicia.chou@nasa.gov

Mathias Jäger
ESA/Hubble, Garching, Germany
011-49-176-6239-7500
mjaeger@partner.eso.org

Anthony Boccaletti
Paris Observatory, CNRS, Paris, France
011-33-1-4507-7721
anthony.boccaletti@obspm.fr

Glenn Schneider
Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona
520-621-5865
gschneider@as.arizona.edu