바다뱀자리 TW 별(TW Hydrae) : 지구와 동일한 거리에 행성이 형성되고 있는 별

 

Credit: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

 

사진 1> ALMA가 촬영한 이 사진은 바다뱀자리 TW 별(TW Hydrae)이라는, 태양과 비슷한 유형에 속하는 어린 별 주위의 원시행성원반을 보여주고 있다.

상단 우측의 확대 사진은 이 별로부터 가장 가까운 거리에 있는 간극을 보여주고 있다.

바다뱀자리 TW별로부터 이 간극까지의 거리는 태양과 지구사이의 거리와 비슷하다.
이는 우리 지구와 같은 행성이 원시행성 원반의 먼지와 가스로부터 만들어질 수도 있음을 암시해주는 것이다.

동심원을 그리고 있는 또다른 빛들과 검은 구조의 존재하는 이 원시행성원반에서 더 멀리 떨어진 지역에 또다른 행성들이 형성되는 지역이 있음을 말해주고 있다.

 

어린 별 주위를 돌고 있는 먼지와 가스 원반은 행성이 형성되는 장소이다.

ALMA가 촬영한 새로운 사진들은 태양과 비슷한 별 주위에 형성된 원시행성원반의 모습을 유례없이 세밀하게 드러내주고 있다.
여기에는 태양으로부터 지구가 떨어져 있는 거리와 비슷한 거리에서 행성의 형성되고 있음을 말해주는 간극도 포함되어 있다.

이러한 구조는 우리 지구와 같은 행성 또는 슈퍼-지구급 행성의 발생단계를 말해주는 단서가 될지도 모른다.

 

바다뱀자리 TW별(TW Hydrae)은 천문학자들에게 인기적인 관측 대상이 되는 별이다.
왜냐하면 이 별은 지구와 매우 가까운 거리에 있으며(약 175광년) 탄생한지 얼마 되지 않는 정말 어린 별(약 1천만년)이기 때문이다.

 

또한 이 별의 원시 행성원반은 우리에게 정면을 보여주고 있다.

그 결과 전체 원반의 모습이 전혀 흐트러지지 않는 희귀한 모습을 보여주고 있다.

 

Credit: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

 

사진 2> ALMA가 촬영한 바다뱀자리 TW별과 그 주위의 원시행성원반.

ALMA가 촬영한 사진은 지금까지 촬영한 원시행성원반의 사진으로서는 최상의 사진에 속하는 것으로서 행성의 형성이 진행중임을 말해주는 전형적인 고리들과 간극들을 보여주고 있다.

 

하바드-스미스소니언 천체물리센터 소속이며 2016년 3월 31일 천체물리학 저널에 개재된 논문의 주저자인 션 앤드류스(Sean Andrews)의 설명은 다음과 같다.
"이전에 가시광선 및 라디오파로 수행된 연구들은 이 별이 행성의 형성이 진행중임을 강력하게 시사하는 원시행성원반을 보유하고 있음을 확정해주었습니다.
이번에 새로 발표된 ALMA의 사진들은 유례없이 세밀한 모습을 보여주고 있는데 이를 통해 동심원 구조를 이루는 일련의 밝은 먼지 고리와 어두운 간극들을 볼 수 있습니다.

여기에는 태양 대비 지구의 거리와 비슷한 궤도에서 행성 형성이 진행중임을 말해주는 흥미로운 구조도 포함되어 있죠."
 
현저하게 눈에 띠는 또다른 간극들은 중심 별로부터 30억 킬로미터와 60억 킬로미터 지점에 존재하고 있다.
이는 태양계로 치면 태양으로부터 천왕성, 태양으로부터 플루토에 해당하는 거리이다.

이 간극들 역시 입자들이 뭉쳐져 행성이 형성된 결과 나타난 것일 수 있다.
행성이 그 공전궤도에서 먼지와 가스를 쓸어내고 남아 있는 물질들을 깔끔하게 정돈시키는 역할을 수행한 결과일 수도 있는 것이다.

 

바다뱀자리 TW별에 대한 새로운 관측을 위해 천문학자들은 원반상의 밀리미터 크기의 먼지 알갱이로부터 복사되는 희미한 라디오파 복사를 촬영하였다.
그 결과 1AU (약 1억 5천만 킬로미터로서 태양과 지구간의 거리)에 해당하는 지역에 대한 상세한 자료를 얻을 수 있었다.

 

 

Credit. S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

 

사진 3> ALMA에 의해 촬영된 바다뱀자리 TW별 주위 원시행성원반의 안쪽 부분.

사진의 해상도는 1AU이다.

이 사진은 바다뱀자리 TW별에서 1AU의 거리에 간극이 있음을 보여주고 있다.
이는 태양 대비 지구와 같은 거리에서 행성이 형성되고 있음을 말해주는 것이다.

 

이러한 상세한 관측 결과는 ALMA의 높은 해상도와 기다란 기선 구성 덕분에 가능한 것이었다.

ALMA를 구성하는 각 안테나들이 최대 거리로 벌어지면 구경은 거의 15킬로미터에 달하며 여기서 더더욱 정밀한 해상도 분해가 가능해지는 것이다.

 

앤드류스는 이번 관측이 ALMA를 통해 수행된 원시행성원반에 대한 관측으로는 가장 높은 공간 분해능을 달성한 것이며 앞으로도 쉽게 깨질 수 없는 기록이라고 말했다.

 

이번 논문의 공동저자인 하바드-스미스소니언 천체물리학 센터의 데이비드 윌너(David Wilner)의 설명은 다음과 같다.
"바다뱀자리 TW별은 정말 특별한 별입니다.
이 별은 원시행성원반을 가진 별로서는 지구에서 가장 가까운 별이며 나이는 고작 1천만년밖에 되지 않았지만 우리 태양계와 거의 유사한 모양을 하고 있죠."

또다른 원시행성원반을 보여주는 황소자리 HL별(HL Tau) - 이 별의 연령은 채 100만 년도 되지 않았다. - 에 대한 이전의 ALMA 관측 역시 행성 형성에 대한 유사한 흔적들을 보여주고 있다. 

바다뱀자리 TW별의 원시 행성원반을 연구함으로써, 천문학자들은 우리 지구의 진화에 대해 그리고 미리내의 전역에서 우리 태양계와 유사한 행성계를 예측하는 것에 대해 보다 향상된 정보를 얻을 수 있을 것이다.

천문학자들의 다음 연구 과제는 어린 별 주위에 이와 같은 원시행성원반이 형성되는 일이 얼마나 일반적인 일이지, 원시행성원반이 시기나 환경에 따라 어떻게 달라질 수 있는지를 밝히는 것이다.

 

 

 

Credit: National Science Foundation, A. Khan

동영상> 원시행성원반에 대한 상상화.

새로 형성된 행성들이 자신의 궤도 상에서 먼지와 가스를 청소하며 중심별 주위를 도는 모습을 보여주고 있다.

이와 동일한 고리 모양의 구조가 최근 ALMA에 의해 바다뱀자리 TW 별 주위에서 관측되었다.

 

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2016년 3월 31일자 
        https://public.nrao.edu/news/pressreleases/2016-alma-twhya
         

 

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

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

 

 

원문>

31 March 2016

Planet Formation in Earth-like Orbit around a Young Star:

ALMA's Best Image Yet of a Protoplanetary Disk

The disks of dust and gas that surround young stars are the formation sites of planets. New images from the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) reveal never-before-seen details in the planet-forming disk around a nearby Sun-like star, including a tantalizing gap at the same distance from the star as the Earth is from the Sun.

This structure may mean that an infant version of our home planet, or possibly a more massive "super-Earth," is beginning to form there.

The star, TW Hydrae, is a popular target of study for astronomers because of its proximity to Earth (approximately 175 light-years away) and its status as a veritable newborn (about 10 million years old). It also has a face-on orientation as seen from Earth. This affords astronomers a rare, undistorted view of the complete disk.

"Previous studies with optical and radio telescopes confirm that this star hosts a prominent disk with features that strongly suggest planets are beginning to coalesce," said Sean Andrews with the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Mass., and lead author on a paper published today in Astrophysical Journal Letters. "The new ALMA images show the disk in unprecedented detail, revealing a series of concentric dusty bright rings and dark gaps, including intriguing features that suggest a planet with an Earth-like orbit is forming there."

Other pronounced gap features are located 3 billion and 6 billion kilometers from the central star, similar to the distances from the Sun to Uranus and Pluto in our own Solar System. They too are likely the result of particles that came together to form planets, which then swept their orbits clear of dust and gas and shepherded the remaining material into well-defined bands.

For the new TW Hydrae observations, astronomers imaged the faint radio emission from millimeter-size dust grains in the disk, revealing details on the order of one astronomical unit (about 150 million kilometers, or the distance between the Earth and the Sun). These detailed observations were made possible with ALMA’s high-resolution, long-baseline configuration. When ALMA's dishes are at their maximum separation, up to nearly 15 kilometers apart, the telescope is able to resolve finer details. "This is the highest spatial resolution image ever of a protoplanetary disk from ALMA, and that won't be easily beaten going forward," said Andrews.

"TW Hydrae is quite special. It is the nearest known protoplanetary disk to Earth and it may closely resemble our Solar System when it was only 10 million years old," said co-author David Wilner, also with the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Earlier ALMA observations of another system, HL Tau, show that even younger protoplanetary disks – a mere one million years old – can display similar signatures of planet formation. By studying the older TW Hydrae disk, astronomers hope to better understand the evolution of our own planet and the prospects for similar systems throughout the Galaxy.

The astronomers' next phase of research is to investigate how common these kinds of features are in disks around other young stars and how they might change with time or environment.

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

Reference:
"Ringed Substructure and a Gap at 1 AU in the Nearest Protoplanetary Disk," S.M. Andrews et al., 2016, appears in the Astrophysical Journal Letters [http://apjl.aas.org].

The team is composed of Sean M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA) , Zhaohuan Zhu (Princeton University, Princeton, New Jersey, USA), Tilman Birnstiel (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany), John M. Carpenter (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), Laura M. Pérez (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Germany), Xue-Ning Bai (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), A. Meredith Hughes (Wesleyan University, Van Vleck Observatory, Middletown, USA), Andrea Isella (Rice University, Houston, Texas, USA) and Luca Ricci (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA).

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of the European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO), the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science Council of Taiwan (NSC) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.