황소자리 HL별 (HL Tau) : 발생 초기의 행성을 포착하다.

 

사진1>  황소자리 HL 별을 촬영한 ALMA와 VAL데이터의 합성사진  CREDIT: Carrasco-Gonzalez, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF.

 

칼 G. 얀스키 초대형배열(the Karl G. Jansky Very Large Array, 이하 VLA)이 촬영한 어린 별의 사진은 매우 이른 초기 단계의 행성 형성 과정을 보여주는 것인지도 모른다.

 

과학자들이 VLA를 이용하여 450광년 거리의 먼지 가득한 원반을 두르고 있는 별의 안쪽 부분을 유례없이 세밀하게 관측해냈다.

 

이 별과 그 주위 원반에 대해서는 2014년 ALMA를 이용한 연구가 진행된 적이 있다.
당시 천문학자들은 ALMA의 사진이 행성 형성 과정을 보여주는 최상의 사진이라고 평가한 바 있다.

 

당시 ALMA의 사진은 원반 내의 간극을 보여주었다.
이 간극은 행성과 같은 천체가 그 공전궤도의 먼지를 쓸어없앤 결과일 것으로 추정되었었다. 
(참고링크 : https://big-crunch.tistory.com/12347505  ) 

 

이번 사진은 이론가들이 수년동안 제안해 왔던 가설을 실제로 보여주는 놀라운 사진이다.
그런데 대상별인 황소자리 HL 별의 나이는 고작 100만년 정도 밖에 되지 않은, 별의 수명 기준으로 봤을 때 아주 어린 단계의 별이다.

 

ALMA가 촬영한 사진은 이 원반의 바깥쪽 부분을 세밀하게 보여주었다.
그러나 별과 가까운 안쪽 부분은 ALMA가 탐지가능한 라디오파 파장을 두꺼운 먼지가 차단하고 있어 관측할 수 없었다.

 

이 안쪽 부분을 연구하기 위해 천문학자들은 보다 긴 파장을 통해 관측을 수행하는 VLA를 사용하였다.
그 결과 VLA를 통해 지금까지 연구실적보다 훨씬 개선된 안쪽 지역의 사진을 얻을 수 있었다.

 

이번에 새로 촬영된 VLA사진은 이 원반의 안쪽 부분에 존재하는 먼지 덩어리를 선명하게 보여주고 있다.

 

 

사진 2>  왼쪽 사진은 ALMA가 촬영한 황소자리 HL별이며, 오른쪽 사진은 VLA가 촬영한 것으로 원반 속에 자리잡은 먼지 덩어리가 모습을 보여주고 있다.  CREDIT: Carrasco-Gonzalez, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF.

 

 

과학자들에 따르면 이 먼지 덩어리는 지구 질량의 3~8배에 해당하는 먼지들을 품고 있다고 한다.

 

막스 플랑크 천문연구소의 토마스 헤닝(Thomas Henning)은 이 먼지 덩어리가 원시 행성 형성의 최초 단계를 보여주는 것이라고 말했다.

 

멕시코 국립 천문대학의 전파천문학 및 천체물리학 연구소 칼로스 카라스코-곤잘레즈( Carlos Carrasco-Gonzalez )의 소감은 다음과 같다.
"지금까지는 행성 형성의 최초 단계를 관측할 수 없었기 때문에 이번 발견은 매우 중요한 발견입니다. 
이것은 별의 생성이나 생성 장소, 또다른 천체들, 우리가 지금까지 관측해온 서로 다른 삶의 단계를 지나는 별들과는 완전히 다른 것입니다.
행성을 갖추고 있는 별을 찾는 것은 정말 행운이 따라줘야 하는 일입니다.
그래서 행성 형성이 이제 막 시작되고 있는 단계를 잡아냈다는 것은 정말 값진일이 아니라고 할 수 없습니다."
 
VLA의 데이터를 분석한 결과 이 먼지 원반의 안쪽 지역에는 지름 1센티미터 크기의 알갱이들이 많이 포함되어 있었다.
과학자들은 이 지역에서 이 먼지 덩어리가 주변의 물질들을 잡아 끌어 몸집을 키워나가면서 결국 지구 크기의 행성이 형성될 가능성이 있다고 말했다.

결국 이 먼지 덩어리는 질량을 계속 얻어가면서 고체 몸통을 갖게 될 것이고 이렇게 몸집을 계속 불려나가면 행성이 될 수도 있을 것이다.

 

VLA 관측은 2014년과 2015년에 수행되었으며 7밀리미터 파장의 라디오파 관측을 통해 진행되었다.
이전 황소자리 HL별에 대한 ALMA의 관측시 사용된 파장은 1밀리미터이다.

 

VLA의 사진은 ALMA가 촬영한 사진과 유사한 수준으로 세밀한 화면을 보여주고 있다.

 

국립전파천문대의 클레어 챈들러(Claire Chandler)의 소감은 다음과 같다.
"이번 VLA 관측은 황소자리 HL별의 먼지 원반에 대해 이처럼 기다란 파장을 이용한 관측으로는 가장 세밀하고 가장 감도높은 관측으로 진행될 수 있었습니다.
별 주위 먼지 원반에 대해 이처럼 고화질의 사진을 만들어낼 수 있는 VLA의 능력은 행성 형성의 시작 단계에 대한 우리의 이해를 향상시키는 데 있어 대단히 중요한 도움이 됩니다."

 

황소자리 HL별에 대한 VLA연구는 국제 협력 사업으로서 멕시코 국립 천문대학(the National Autonomous University of Mexico, UNAM) 및 , 막스 플랑크 천문연구소(the Max Planck Institute for Astronomy, MPIA), 국립전파천문대(the National Radio Astronomy Observatory, NRAO) 및 스페인 국립 과학연구 협회(the Spanish Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, CSIC)가 참여하고 있다.

 

이 프로젝트는 멕시코 국립 천문대학의 칼로스 카라스코 곤잘레즈와 막스 플랑크 천문연구소의 토마스 헤닝이 이끌고 있다.
이번 논문은 천체물리학 저널(the Astrophysical Journal)에 개재되었다.

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2016년 3월 17일자
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/hltau-vla
        

참고 : 황소자리 HL별을 비롯한 각종 별에 대한 포스팅은 아래 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다. 
          https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

원문>

17 March 2016

VLA Shows Earliest Stages of Planet Formation

New images of a young star made with the Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) reveal what scientists think may be the very earliest stages in the formation of planets. The scientists used the VLA to see unprecedented detail of the inner portion of a dusty disk surrounding the star, some 450 light-years from Earth.

The star and its disk were studied in 2014 with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), which produced what astronomers then called the best image ever of planet formation in progress. The ALMA image showed gaps in the disk, presumably caused by planet-like bodies sweeping out the dust along their orbits. This image, showing in real life what theorists had proposed for years, was surprising, however, because the star, called HL Tau, is only about a million years old -- very young by stellar standards.

The ALMA image showed details of the system in the outer portions of the disk, but in the inner portions of the disk, nearest to the young star, the thicker dust is opaque to the short radio wavelengths received by ALMA. To study this region, astronomers turned to the VLA, which receives longer wavelengths. Their VLA images show that region better than any previous studies.

The new VLA images revealed a distinct clump of dust in the inner region of the disk. The clump, the scientists said, contains roughly 3 to 8 times the mass of the Earth.

"We believe this clump of dust represents the earliest stage in the formation of protoplanets, and this is the first time we've seen that stage," said Thomas Henning, of the Max Planck Institute for Astronomy (MPIA).

"This is an important discovery, because we have not yet been able to observe most stages in the process of planet formation," said Carlos Carrasco-Gonzalez from the Institute of Radio Astronomy and Astrophysics (IRyA) of the National Autonomous University of Mexico (UNAM).  "This is quite different from the case of star formation, where, in different objects, we have seen stars in different stages of their life cycle. With planets, we haven't been so fortunate, so getting a look at this very early stage in planet formation is extremely valuable," he added.

Analysis of the VLA data indicates that the inner region of the disk contains grains as large as one centimeter in diameter. This region, the scientists said, is presumably where Earth-like planets would form, as clumps of dust grow by pulling in material from their surroundings. Eventually, the clumps would gather enough mass to form solid bodies that would continue to grow into planets.

The VLA observations, made in 2014 and 2015, received radio waves with a wavelength of 7 millimeters. The earlier ALMA observations of HL Tau were made at a wavelength of 1 millimeter. The VLA images showed a similar level of detail as the ALMA images.

"These VLA observations are the most sensitive and show the most detail of any yet made of HL Tau's disk at these longer wavelengths," said Claire Chandler, of the National Radio Astronomy Observatory (NRAO). "The VLA's ability to produce such high-quality images in this region is very important to advancing our understanding of these initial stages of planet formation," Chandler added.

The VLA study of HL Tau was an international collaboration, involving the UNAM, the MPIA, the NRAO, and the Spanish Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC). The project leaders were Carlos Carrasco Gonzalez (UNAM) and Thomas Henning (MPIA). The scientists are reporting their findings in the Astrophysical Journal Letters.

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

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