TMC-1A : 강보에 싸인 어린 별

과학자들이 ALMA를 이용하여 갓태어난 별 주위의 가스 원반에 대한 직접적인 관측을 처음으로 이뤄냈다.
이번 발견은 별 진화의 초기 단계를 이해하는데 있어 잃어버린 고리를 연결시켜주는 중요한 발견이라 할 수 있다.

 

도쿄 대학 대학원생 유슈케 아소(Yusuke Aso)와 일본 국립 천문대 쓰바루 빛통 교수인 나가요시 오하시(Nagayoshi Ohashi)가 이끄는 연구팀은
황소자리 방향으로 지구로부터 450광년 거리에 위치하고 있는 TMC-1A라는 이름의 갓태어난 별을 관측하였다.

 

TMC-1A는 아직 여전히 형성이 진행 중인 원시별이며 엄청난 양의 가스에 둘러싸여 있다.

 

별은 고밀도 가스 구름에서 만들어진다.
아기 별은 마치 태아가 태반을 통해 양분을 공급받듯이 주변을 둘러싼 가스를 통해 몸집을 키워간다.

 

하지만 이 와중에 가스가 직접적으로 별로 흘러들어가는 것은 아니다.
우선 별 주위를 휘감아도는 원반이 형성되고 그 원반에서 별로 가스가 흘러들어가게 되는 것이다.

 

그러나 별이 생성되는 와중에 언제 이 원반이 형성되기 시작하고, 이 원반이 어떻게 발전되어 가는지에 대해서는 여전히 알려진 것이 없다.
라디오파 관측이 갖고 있는 감도 및 해상도의 한계로 인해 이와 같은 현상을 관측해내기가 어려웠던 것이다.

 

천체물리학 저널에 개재된 논문의 주저자인 아소의 설명은 다음과 같다.
"어린 별을 휘감아 도는 원반은 바로 행성이 형성되는 장소이기도 합니다.
이러한 원반 생성 기재에 대해 이해하기 위해서 우선 원반과 외곽에 있는 가스 덩어리들을 정확하게 구분해 내야 하고, 그 경계선이 위치하는 부분을 정확하게 집어낼 수 있어야 하죠."
 

연구팀은 ALMA를 이용하여 별 주위를 휘감아 도는 원반과 바깥쪽에서 안쪽으로 유입해 들어오고 있는 가스 간의 경계를 사상 처음으로 매우 정확하게 관측할 수 있었다.

 

가스들은 바깥쪽 가스 덩어리로부터 지속적으로 별 주위 원반으로 떨어져내리기 때문에 이전까지는 그 사이 변이 구역에 대한 감지가 쉽지 않았다.
더더군다나 별 주위 원반상에서 희박하면서도 빠른 속도로 움직이는 가스를 감지해 내기도 어려웠다.

 

그러나 ALMA는 이러한 요소를 특별히 관측해내기 충분한 감도를 가지고 있어 원반상에 존재하는 가스의 속도와 그 분포를 상당히 정확하게 분석해냈다.
이러한 결과는 연구팀으로 하여금 별을 향해 추락해 들어오는 가스 덩어리와 원반상의 가스를 구분할 수 있게 해주었다.

 

 

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Aso et al.

 

사진 1> TMC-1A의 관측 합성 사진
ALMA를 통해 관측한 별 주위의 고밀도 가스가 빨간색으로 보인다.
ALMA는 또한 별로부터 몰아쳐나오는 가스도 감지해냈다.
이 구조는 어린 별 주위에서는 자주 목격되는 것으로 이 사진에서는 하얀색으로 표시되어 있다.
별의 위치는 십자선으로 표시되어 있다.
이 십자선 표시가 없는 사진은 다음의 링크에서 다운로드 받을 수 있다.
http://alma.mtk.nao.ac.jp/j/news/files/editor/20160303a.png

 

 

 

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Aso et al.

 

사진 2> 이 사진은 TMC-1A 주변 가스의 움직이을 알려주고 있다.
빨간색으로 표시된 부분의 가스는 우리로부터 멀어지는 방향으로 움직이는 가스이고 파란색으로 표시된 부분은 우리쪽으로 다가오는 방향으로 움직이는 가스이다.

 

 

 

Credit: NAOJ

 

그림 1> 이 그림은 TMC-1A의 상상화이다.
원시별이 주위를 휘감아 도는 가스 원반의 정 가운데에 자리잡고 있다.
훨씬 멀리 자리잡고 있는 가스 덩어리로부터 별 주위 원반으로 가스가 흘러들어오고 있다.

 

 

 

Credit: NAOJ

동영상 1> 원시별 TMC-1A 와 그 주변에 대한 상상화로 구성한 동영상

 

 

연구팀은 먼지 원반과 외곽 가스 덩어리 사이 경계가 원시별 TMC-1A 로부터 90AU 거리에 자리잡고 있음을 발견했다.
이 거리는 태양계에서 가장 외곽에 존재하는 행성인 해왕성 궤도 대비 3배나 더 먼 거리이다.

 

이번에 관측된 원반은 케플러 법칙을 따르고 있다.
: 가운데 자리잡고 있는 별에 가까운 물질일수록 멀리 떨어져 있는 물질보다 훨씬 더 빠른 속도로 회전하고 있는 것이다.

 

ALMA를 이용하여 가능했던 고감도 관측 덕분에 이 원반에 대한 또다른 중요한 정보를 얻을 수 있었다.

원반의 회전 속도를 정밀하게 측정함으로써 TMC-1A의 질량이 태양질량 대비 0.68 배임을 계산할 수 있었던 것이다.

 

연구팀은 또한 원반으로 추락해 들어오는 가스의 양이 연간 태양질량의 백만분의 1 정도에 해당하며 추락해 들어오는 속도는 초속 1km임도 알아냈다.
중심에 자리잡은 갓 태어난 별로 가스가 추락해 들어오는 것은 중력 때문이지만 이번에 측정된 속도는 자유 낙하 속도보다는 훨씬 낮은 수준이었다.

무엇인가가 가스의 추락 속도를 지연시키고 있음에 틀림없다.

 

과학자들은 이 별 주위에 형성된 자기장이 가스의 추락 속도를 늦추는 원인일 수 있다고 생각하고 있다.

 

아소의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이 별이 점점 성장해 감에 따라 원반과 추락해들어오는 가스 덩어리 사이의 경계가 바깥쪽으로 계속 이동할 것으로 추측하고 있습니다.
ALMA가 향후 이러한 변화를 반드시 증명해 보일 것이라고 확신합니다."

 

이번 연구 결과는 2015년 10월 천체물리학 저널에 개재되었다.

 

 

인용출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2016년 3월 3일자 
               https://public.nrao.edu/news/announcements/alma-protostar-blanket
        
출처 : ALMA Press Release 2016년 3월 3일자 
        http://alma.mtk.nao.ac.jp/e/news/pressrelease/20160303alma_spots_baby_stars_growing_blanket.html         
        

참고 : TMC-1A를 비롯한 별에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

원문>

 ALMA Spots Baby Star's Growing Blanket

Researchers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) have made the first direct observations delineating the gas disk around a baby star from the infalling gas envelope. This finding fills an important missing piece in our understanding of the early phases of stellar evolution.

A research team, led by Yusuke Aso (a graduate student at the University of Tokyo) and Nagayoshi Ohashi (a professor at the Subaru Telescope, National Astronomical Observatory of Japan) observed the baby star named TMC-1A located 450 light years away from us, in the constellation Taurus (the Bull). TMC-1A is a protostar, a star still in the process of forming. Large amounts of gas still surround TMC-1A.

Stars form in dense gas clouds. Baby stars grow by taking in the surrounding gas, like a fetus receiving nutrition from the mother's placenta. In this process, gas cannot flow directly into the star. Instead it first accumulates and forms a disk around the star, and then the disk feeds into the star. However, it is still unknown when in the process of star formation this disk appears and how it evolves. Lack of sensitivity and resolution in radio observations has made it difficult to observe these phenomena.

"The disks around young stars are the places where planets will be formed," said Aso, the lead author of the paper that appeared in the Astrophysical Journal. "To understand the formation mechanism of a disk, we need to differentiate the disk from the outer envelope precisely and pinpoint the location of its boundary."

Using ALMA, the team directly observed the boundary between the inner rotating disk and the outer infalling envelope with high accuracy for the first time. Since gas from the outer envelope is continuously falling into the disk, it had been difficult to identify the transition region in previous studies. In particular, the tenuous but high speed gas in rotating disks is not easy to see. But ALMA has enough sensitivity to highlight such a component and illustrate the speed and distribution of gas in the disk very precisely. This enabled the team to distinguish the disk from the infalling envelope.

 

The team found that the boundary between the disk and envelope is located 90 astronomical units from the central baby star. This distance is three times longer than the orbit of Neptune, the outermost planet in the Solar System. The observed disk obeys Keplerian rotation: the material orbiting closer to the central star revolves faster than material further out.

The high-sensitivity observations provided other important information about the object. From detailed measurement of the rotation speed, the research team could calculate that the mass of the baby star is 0.68 times the mass of the Sun. The team also determined the gas infall rate to be a millionth of the mass of the Sun per year, with a speed of 1 km per second. Gravity causes gas to fall towards the central baby star, but the measured speed is much less than the free-fall speed. Something must be slowing the gas down. The researchers suspect that a magnetic field around the baby star might be what is slowing the gas.

"We expect that as the baby star grows, the boundary between the disk and the infall region moves outward," said Aso. "We are sure that future ALMA observations will reveal such evolution."

These observational results were published as Aso et al. "ALMA Observations of the Transition from Infall Motion to Keplerian Rotation around the Late-phase Protostar TMC-1A " in the Astrophysical Journal, issued in October 2015.