2018. 4. 3. 23:09ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
그림 1> 이 그림은 켄타우루스자리 프록시마별을 휘감고 있는 먼지 벨트가 어떻게 생겼을지를 상상해 본 것이다.
ALMA관측을 통해서 켄타우루스자리 프록시마별로부터 태양과 지구 대비 1~4배 사이 지점에서 차가운 먼지로부터 발생하는 복사가 포착되었다.
이 데이터는 또한 훨씬 바깥쪽에 훨씬 더 차가운 먼지 벨트가 존재할지도 모른다는 점과 정교한 행성계가 존재할지도 모른다는 점을 말해주고 있다.
이러한 구조들은 훨씬 더 큰 규모를 가지고 있는 태양계의 먼지 띠들과 상당히 유사한데 이 구조들은 행성을 형성하고 남겨진 바위나 얼음입자들로 구성되어 있을 것으로 추정되고 있다.
프록시마 b 행성을 보다 확실하게 표현하려다보니 이 그림은 실제 축적을 반영하고 있지는 않다.
ALMA가 태양과 가장 가까운 별인 켄타우루스자리 프록시마 별 주위를 감싸고 있는 먼지 띠를 감지해냈다.
차가운 먼지에서 나오는 복사가 탐지된 지점은 태양계로 치면 지구와 태양 거리의 1 ~ 4배 사이 지점이다.
이번 관측 데이터에는 또한 이보다 훨씬 더 차갑고 더 외곽에 위치하는 먼지 띠가 있을지도 모른다는 점을 말해주고 있는데 이는 행성계의 존재를 암시하는 것일 수도 있다.
이 구조들은 태양계에 존재하는 훨씬 더 거대한 규모의 먼지 띠들과 유사성을 가지고 있으며 행성을 만드는데 실패한 바위나 얼음덩이들로 구성되어 있을 것으로 추정되고 있다.
켄타우루스자리 프록시마 별은 태양으로부터 가장 가까운 거리에 있는 별이다.
이 별은 남반구의 별자리인 켄타우루스자리 방향으로 4광년 거리에 자리잡고 있는 적색난쟁이별이다.
이 별 주위에는 지구 정도 크기의 행성인 프록시마 b 가 돌고 있다.
이 외계행성은 2016년 발견되었으며 태양계에서 가장 가까운 외계행성이 되었다.
그런데 이곳에 이 행성 하나 뿐만 아니라 추가로 무언가가 있음이 밝혀졌다.
ALMA를 이용한 관측 결과 별을 감싸고 있는 차가운 우주먼지구름으로부터 발생하는 복사가 감지된 것이다.
이번 논문의 주저자인 스페인 안달루시아 천체물리연구소(the Instituto de Astrofisica de Andalucia, CSIC) 길렘 앙글라다(Guillem Anglada)[1]의 설명은 다음과 같다.
"프록시마 b 행성의 발견에 이어 프록시마 별 주위에서 먼지를 발견했다는 것은 중요한 발견입니다.
왜냐하면 이것은 행성계가 존재할 것이라는 것을 말해주는 첫번째 지표가 되기 때문이죠.
우리 태양으로부터 가장 가까운 별은 그저 행성 하나만을 품고 있는 별은 아닌 것입니다."
먼지 벨트는 행성과 같은 거대 천체를 형성하지 못하고 남겨진 물질들로 구성된다.
이 벨트 내에 있는 바위와 얼음 입자의 크기는 수 밀리미터 이하의 크기인 매우 미세한 먼지 알갱이로부터 직경 수 킬로미터에 이르는 소행성 크기까지 다양하게 존재한다.[2]
이 벨트 내에 있는 먼지들은 켄타우루스자리 프록시마 별로부터 수억 킬로미터까지 뻗어 있으며 먼지의 총 질량은 대략 지구 질량의 100분의 1 수준이다.
이 먼지 벨트의 온도는 대략 영하 230도로서 태양계로 치면 카이퍼 벨트와 비슷한 수준이다.
ALMA의 관측 데이터는 이보다 10배 정도 더 멀리에 훨씬 더 차가운 또 하나의 먼지 띠가 존재한다는 점을 말해주고 있다.
만약 이 먼지 벨트가 정말 존재한다면 이 먼지 벨트의 특성은 매우 흥미로울 것이다.
이 먼지띠는 너무나 멀리 떨어져 있어 자신의 별인 켄타우루스자리 프록시마 별이 태양보다 훨씬 더 희미하게 보일 것이고 온도도 훨씬 더 낮을 것이기 때문이다.
이 두 개 먼지 벨트는 모두 켄타우루스자리 프록시마 별로부터 4백만 킬로미터 떨어져 있는 프록시마 b행성보다 훨씬 더 멀리 떨어져 있다[3].
이번 발견의 의미에 대한 길렘 앙글라다의 설명은 다음과 같다.
"이번 연구 결과는 켄타우루스자리 프록시마 별이 오랜동안의 상호작용을 통해 먼지 띠를 만들어낸 다중 행성계를 가지고 있을지 모른다는 점을 말해주고 있습니다.
추가 연구가 진행된다면 아직 발견되지 않은 또다른 행성의 위치를 특정할 수 있는 정보를 제공해 줄지도 모릅니다."
켄타우루스자리 프록시마별 행성계가 특별한 관심을 끄는 이유는 레이저에 의해 추동되는 시스템을 장착한 마이크로프로브 시스템을 이용하여 향후 직접적인 탐사를 진행하는 스타샷 프로젝트라는 프로그램이 준비되고 있기 때문이다.
별을 둘러싼 먼지 가득한 환경에 대한 지식은 이러한 탐사임무를 계획하는데 필수적인 요소에 해당한다.
이번 논문의 공동저자인 페드로 아마도(Pedro Amado)는 이번 관측이 그저 시작일 뿐이라면서 다음과 같이 말했다.
"이번 연구 결과는 ALMA가 켄타우루스자리 프록시마 별 주위를 감싸고 있는 먼지 구조를 감지할 수 있다는 사실을 보여주었습니다.
추가 관측이 진행된다면 켄타우루스자리 프록시마 별이 가지고 있는 행성계의 모습을 보다 상세하게 볼 수 있게 될 것입니다.
이러한 관측 결과를 어린 별 주위에 형성된 원시행성원반에 대한 연구와 연계하면 46억년 전 태양계에서 발생한 지구와 행성계의 형성 과정에 대해 많은 사실들이 새로 밝혀지게 될 것입니다.
이러한 가능성과 비교해보자면 우리가 이번에 맛 본 것은 그저 에피타이저에 지나지 않죠."
표 1> 이 표는 남반구의 거대 별자리인 켄타우루스자리를 보여주고 있다.
표 상의 별들은 청명하고 어두운 밤하늘이라면 모두 눈으로 볼 수 있는 별들이다.
태양계에서 가장 가까운 별인 켄타우루스자리 프록시마별이 붉은색 원으로 표시되어 있다.
켄타우루스자리 프록시마 별은 너무 희미해서 맨눈으로는 볼 수 없지만 작은 망원경으로는 관측이 가능하다.
사진 1> 이 사진에는 칠레 라실라 천문대의 ESO 3.6미터 망원경과 켄타우루스자리 프록시마별(하단 우측) 및 허블우주망원경이 촬영한 이중별 켄타우루스자리 알파별 AB (하단 좌측)의 모습이 담겨 있다.
켄타우루스자리 프록시마별은 태양계에서 가장 가까운 별이며 프록시마 b라고 명명된 행성을 가지고 있다.
이 행성은 ESO 3.6미터 망원경에 장착된 HARPS 장비에 의해 발견되었다.
사진 2> 켄타우루스자리 알파별 AB 와 그 주위를 담은 이 사진에는 훨씬 더 희미하긴 하지만 태양계에서 가장 가까운 별인 적색난쟁이별 켄타우루스자리 프록시마 별도 함께 담겨 있다.
이 사진은 DSS2의 일환으로 제작된 것이다.
켄타우루스자리 알파별 AB를 감싸고 있는 푸른색 빛무리는 사진 처리 과정에서 인위적으로 만들어진 것이다.
이 별은 사실 태양과 같이 창백한 노란색을 띠고 있다.
각주
[1] 주적 인연인지도 모르겠지만, 이번 논문의 주저자인 길렘 앙글라다는 켄타우루스자리 프록시마 b 행성을 발견한 팀을 이끈 길렘 앙글라다-에스쿠데(Guillem Anglada-Escude)와 같은 이름을 가지고 있다.
길렘 앙글라다-에스쿠데는 이번 논문의 공동저자로 참여하고 있다.
물론 두 연구가 서로 관련이 있는 것은 아니다.
[2] 켄타우루스자리 프록시마 별은 아주 오래된 별로서 그 나이는 태양계와 비슷하다.
이 별 주위를 감싸고 있는 먼지 띠는 태양계의 카이퍼벨트나 소행성 벨트, 또는 황도광을 만들어내는 먼지띠와 비슷할 것이다.
황소라지 HL별과 같이 훨씬 어린 별 주위에서 ALMA가 촬영해낸 장대한 원반들은 행성의 형성과정을 겪으면서 훨씬 더 많은 물질들을 보유하고 있다.
[3] 만약 외곽 먼지띠가 정말 존재한다면 매우 희미한 이 벨트의 겉보기 형태를 통해 천문학자들은 켄타우루스자리 프록시마별이 보유하고 있는 행성계의 기울기를 계산할 수 있을 것이다.
이 먼지띠는 실제로는 원형을 하고 있지만 기울어져 보이기 때문에 타원형으로 보일 것이다.
이러한 상황은 현재로서는 그 질량이 질량하한선 아래로 알려져 있는 프록시마b 행성의 질량을 보다 제대로 측정할 수 있게 해 줄 것이다.
출처 : 유럽 남부 천문대(European Southern Observatory) Science Release 2017년 11월 3일자
http://www.eso.org/public/news/eso1735/
참고 : 다양한 원시행성원반을 비롯한 외계행성에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346973
원문>
eso1735 — Science Release
ALMA Discovers Cold Dust Around Nearest Star
3 November 2017
The ALMA Observatory in Chile has detected dust around the closest star to the Solar System, Proxima Centauri. These new observations reveal the glow coming from cold dust in a region between one to four times as far from Proxima Centauri as the Earth is from the Sun. The data also hint at the presence of an even cooler outer dust belt and may indicate the presence of an elaborate planetary system. These structures are similar to the much larger belts in the Solar System and are also expected to be made from particles of rock and ice that failed to form planets.
Proxima Centauri is the closest star to the Sun. It is a faint red dwarf lying just four light-years away in the southern constellation of Centaurus (The Centaur). It is orbited by the Earth-sized temperate world Proxima b, discovered in 2016 and the closest planet to the Solar System. But there is more to this system than just a single planet. The new ALMA observations reveal emission from clouds of cold cosmic dust surrounding the star.
The lead author of the new study, Guillem Anglada [1], from the Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC), Granada, Spain, explains the significance of this find: “The dust around Proxima is important because, following the discovery of the terrestrial planet Proxima b, it’s the first indication of the presence of an elaborate planetary system, and not just a single planet, around the star closest to our Sun.”
Dust belts are the remains of material that did not form into larger bodies such as planets. The particles of rock and ice in these belts vary in size from the tiniest dust grain, smaller than a millimetre across, up to asteroid-like bodies many kilometres in diameter [2].
Dust appears to lie in a belt that extends a few hundred million kilometres from Proxima Centauri and has a total mass of about one hundredth of the Earth’s mass. This belt is estimated to have a temperature of about –230 degrees Celsius, as cold as that of the Kuiper Belt in the outer Solar System.
There are also hints in the ALMA data of another belt of even colder dust about ten times further out. If confirmed, the nature of an outer belt is intriguing, given its very cold environment far from a star that is cooler and fainter than the Sun. Both belts are much further from Proxima Centauri than the planet Proxima b, which orbits at just four million kilometres from its parent star [3].
Guillem Anglada explains the implications of the discovery: “This result suggests that Proxima Centauri may have a multiple planet system with a rich history of interactions that resulted in the formation of a dust belt. Further study may also provide information that might point to the locations of as yet unidentified additional planets.”
Proxima Centauri's planetary system is also particularly interesting because there are plans — the Starshot project — for future direct exploration of the system with microprobes attached to laser-driven sails. A knowledge of the dust environment around the star is essential for planning such a mission.
Co-author Pedro Amado, also from the Instituto de Astrofísica de Andalucía, explains that this observation is just the start: “These first results show that ALMA can detect dust structures orbiting around Proxima. Further observations will give us a more detailed picture of Proxima's planetary system. In combination with the study of protoplanetary discs around young stars, many of the details of the processes that led to the formation of the Earth and the Solar System about 4600 million years ago will be unveiled. What we are seeing now is just the appetiser compared to what is coming!”
Notes
[1] In a cosmic coincidence, the lead author of the study, Guillem Anglada shares his name with the astronomer who led the team that discovered Proxima Centauri b, Guillem Anglada-Escudé, himself a co-author of the paper in which this research is published, although the two are not related.
[2] Proxima Centauri is quite an old star, of similar age to the Solar System. The dusty belts around it are probably similar to the residual dust in the Kuiper Belt and the asteroid belt in the Solar System and the dust that creates the Zodiacal Light. The spectacular discs that ALMA has imaged around much younger stars, such as HL Tauri, contain much more material that is in the process of forming planets.
[3] The apparent shape of the very faint outer belt, if confirmed, would give astronomers a way to estimate the inclination of the Proxima Centauri planetary system. It would appear elliptical due to the tilt of what is assumed to be in reality a circular ring. This would in turn allow a better determination of the mass of the Proxima b planet, which is currently known only as a lower limit.
More information
This research was presented in a paper entitled “ALMA Discovery of Dust Belts Around Proxima Centauri”, by Guillem Anglada et al., to appear in Astrophysical Journal Letters.
The team is composed of Guillem Anglada (Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC), Granada, Spain [IAA-CSIC]), Pedro J. Amado (IAA-CSIC), Jose L. Ortiz (IAA-CSIC), José F. Gómez (IAA-CSIC), Enrique Macías (Boston University, Massachusetts, USA), Antxon Alberdi (IAA-CSIC), Mayra Osorio (IAA-CSIC), José L. Gómez (IAA-CSIC), Itziar de Gregorio-Monsalvo (ESO, Santiago, Chile; Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), Miguel A. Pérez-Torres (IAA-CSIC; Universidad de Zaragoza, Zaragoza, Spain), Guillem Anglada-Escudé (Queen Mary University of London, London, United Kingdom), Zaira M. Berdiñas (Universidad de Chile, Santiago, Chile; IAA-CSIC), James S. Jenkins (Universidad de Chile, Santiago, Chile), Izaskun Jimenez-Serra (Queen Mary University of London, London, United Kingdom), Luisa M. Lara (IAA-CSIC), Maria J. López-González (IAA-CSIC), Manuel López-Puertas (IAA-CSIC), Nicolas Morales (IAA-CSIC), Ignasi Ribas (Institut de Ciències de l’Espai (IEEC-CSIC), Bellaterra, Spain), Anita M. S. Richards (JBCA, University of Manchester, Manchester, United Kingdom), Cristina Rodríguez-López (IAA-CSIC) and Eloy Rodríguez (IAA-CSIC).
ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile and by Australia as a strategic partner. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its world-leading Very Large Telescope Interferometer as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. ESO is also a major partner in two facilities on Chajnantor, APEX and ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre Extremely Large Telescope, the ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.
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Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC)
Granada, Spain
Email: antxon@iaa.es
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