최신천문뉴스브리핑 2. 별과 행성의 탄생

 

안녕하십니까? 

별지기마을 촌장 다락방별지기 이강민입니다. 

우주의 모든 별들이 행성을 가지고 있을 것이라는 생각은 오늘날 보편적인 천문지식이 되었습니다. 
그러면 갓태어난 어린 별은 언제부터 행성을 보듬게 되는 것일까요? 

2020년 2월 20일 미국국립전파천문대는 "갓태어난 어린 별은 어떻게 행성의 탄생을 준비하고 있을까? "라는 제목으로 별의 탄생, 행성의 탄생에 대한 
최신 관측 결과를 보도하였습니다. 
"VLA와 ALMA를 이용한 원시행성원반 및 원시행성원반의 다양성 탐사(VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity)" 이른바 밴덤(VANDAM) 서베이로 수집된 원시별과 원시행성원반에 대한 내용을 말씀드리겠습니다. 

원시별(protostar)이라 불리는 어린 별들은 가스와 먼지 구름 속에서 탄생합니다. 
원시별 탄생의 첫번째 단계는 자체 중력에 의해 고밀도 먼지 구름이 붕괴되는 것으로부터 시작됩니다. 
이 먼지 구름이 붕괴될 때 회전이 시작되고, 원시별 주위를 둘러싸고 있는 평평한 원반이 형성되죠. 
이렇게 형성된 원반은 지속적인 원시별의 먹이가 되며, 원시별은 원반의 물질들을 집어삼키며 몸집을 키워나갑니다. 
그리고 마지막까지 원반에 남은 물질들이 행성을 만들 것으로 추정하고 있죠. 
하지만 별의 형성에 있어 첫 단계에 해당하는 이 단계에서는 어떻게 원반이 만들어지는지를 비롯한 많은 부분들이 여전히 명확하지 않은 상태로 남아 있다고 합니다. 

앞서도 말씀드렸듯이 별은 빽빽하게 몰려 있는 가스와 먼지 구름 속에서 탄생하는데, 이 부분은 허블우주망원경과 같은 가시광선 망원경으로는 관측할 수가 없죠. 
그래서 두꺼운 먼지를 꿰뚫어볼 수 있는 특별한 관측 설비가 필요합니다. 
바로 장파장을 관측에 활용할 수 있는 전파 망원경들이죠. 
따라서 이번 관측에는 미국국립과학재단의 칼잰스키극대배열전파망원경(Karl G. Jansky Very Large Array) 이른바 VLA와 칠레에 위치한 유럽남부천문대의 아타카마 거대 밀리미터/서브밀리미터 배열(the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 즉 ALMA가 사용되었습니다. 

관측 대상은 근거리 우주에서 새로 탄생한 별들을 가장 많이 품고 있는 지역 중 하나인 오리온분자구름이었습니다. 
오리온분자구름복합체(the Orion Molecular Cloud Complex)는 오리온자리에 광활하게 펼쳐져 있는 거대한 먼지 덩어리입니다. 
그 유명한 말머리성운, 불꽃성운 등은 오리온분자구름복합체의 한 부분이며 지구에서 가장 가까이 있는 거대 별 생성 구역이며 맨눈으로도 볼 수 있는 1500 광년 거리의 오리온대성운 역시 오리온분자구름복합체의 가장자리에 자리잡고 있죠. 



천문학자들은 오리온분자구름에서 갓 태어난 어린 별들을 집중적으로 찾아나섰으며 그 결과 총 300장 이상의 사진을 촬영할 수 있었습니다. 

 

 

이 사진은 그 중 일부 별들의 모습을 담은 것으로서 허셜 우주망원경이 촬영한 배경 사진에 이번에 촬영 대상이 된 어린 별들의 위치가 노란색으로 표시되어 있고 그 중 아홉 개 별들의 사진이 각 네모 상자에 표시되어 있습니다. 

여기서 파란색으로 보이는 것이 ALMA가 촬영한 사진이며 주황색으로 보이는 것이 VLA가 촬영한 사진입니다. 

ALMA와 VLA의 관측 데이터는 상호보완적인 관계가 있다고 합니다. 

ALMA는 원시별 주위에 형성된 원반, 즉 원시행성원반의 외곽 구조를 관측하는데 사용되었으며 VLA는 원시행성원반 안쪽 구조와 이제 막 형성이 진행되고 있는 어린 별의 핵을 관측하는데 사용되었다고 합니다. 



연구팀의 책임자인 존 토빈(John Tobin)은 이번 관측을 통해 형성 초기 단계에 있는 원시행성원반의 평균적인 질량과 크기를 알 수 있었다면서 이제 막 형성된 원시행성원반은 이보다 오래된 원시행성원반과 비교할 때 크기는 비슷하지만 질량은 훨씬 더 큰 상태였다고 말했습니다. 

즉, 원시행성원반이 생겨난지 오래될수록 원시행성원반의 많은 재료들이 별의 몸집을 키우는데 사용되었음을 알 수 있으며 이는 반대로 만들어진지 얼마안된 원시행원반일수록 비교적 큰 덩치의 행성도 형성될 수 있는 가능성이 많다는 것을 의미합니다. 



한편 연구팀은 촬영된 여러 원시별 중에서 유독 특이한 양상을 보이는 네 개의 별 사진을 촬영할 수 있었다고 합니다. 

바로 이 사진인데요. 

 

 

여기 등장하는 어린 별들은 다른 별들과 달리 형태가 일정하지 않은 거품덩어리처럼 보였다고 합니다. 

연구팀의 일원인 니콜 카르나스(Nicole Karnath)는 이 별들은 아직 원시별이라고도 부를 수 없는 생성 초기 중에서도 초기에 해당하는 어린 별일 것이라고 말합니다.

그 근거로 네 개 별 중 하나인 HOPS 404를 보면 이 별에서 뿜어져나오는 별폭풍의 속도가 고작 초속 2킬로미터밖에 되지 않았다고 합니다. 

반면 클래스 0으로 분류되는 원시별의 분출폭풍의 속도 범위는 최하 초속 10킬로미터에서 최대 초속 100킬로미터라고 합니다. 



카르나스는 이 네 개 별들을 근거로 별의 생성 초기에 대한 시나리오를 다음과 같이 구성하였습니다. 

먼저 1단계입니다. 가스와 먼지 덩어리가 자체 중력에 의해 붕괴되는 단계입니다. 

그 다음 2단계, 가스와 먼지 구름 속에서 질량이 집중되어 있는 불투명한 지역이 형성되기 시작합니다. 

그 다음 3단계, 이렇게 집중된 가스와 먼지 덩어리는 압력과 온도가 상승하여 핵이 형성됩니다. 

주변을 둘러싸고 있는 가스와 먼지는 원반형 구조를 형성하고 핵으로부터는 분출폭풍이 발생하기 시작합니다. 

4단계, 핵으로부터 원시별이 생성됩니다. 이 단계에서는 분출폭풍과 원반 모두가 뚜렷한 형태를 나타내기 시작합니다. 

마지막으로 5단계입니다. 이때부터는 전형적인 원시별이 됩니다. 

분출폭풍은 주변을 둘러싸고 있던 가스와 먼지를 밀어내고 그래서 가시광선에서도 별의 모습이 드러나기 시작하죠. 

별주위를 도는 원반에는 강착작용이 활발하게 발생합니다. 



각 단계를 이번에 관측된 4개 독특한 별의 사진과 연결시키면 다음과 같습니다. 

 

사진 아래쪽에서 하얀색 테두리로 표시된 물질은 별로부터 뿜어져나오는 폭풍입니다. 

즉, 이번 관측을 통해 별의 시작이라 할 수 있는 원시별의 생성, 그 원시별의 생성에서도 또 시작에 해당하는 단계가 어떠한지를 규명할 수 있었다고 합니다. 



이번 관측 결과는 2020년 2월 20일 아스트로피지컬 저널에 두 개 논문으로 발표되었습니다. 



이상 최신천문뉴스브리핑 두 번째. 별과 행성의 탄생을 마칩니다. 



감사합니다. 



뉴스원문 : 

 https://big-crunch.tistory.com/12349900