마차부자리 AB별(AB Aurigae) : 외계행성이 형성되고 있는 지점을 포착하다.

Credit: ESO/Boccaletti et al.
사진 1>
이 사진은 마차부자리 AB별 주위의 원반을 촬영한 것이다. 
이번에 VLT를 이용하여 행성이 형성되고 있는 지점을 포착하였다. 
원반 안쪽 사진 한 가운데 인근에 밝은 노란색으로 빛나는 꼬인 지점을 볼 수 있는데 천문학자들은 바로 이 지점이 행성이 만들어지고 있는 지점으로 추정하고 있다. 
이 지점은 태양계로 치면 태양으로부터 해왕성까지의 거리 지점에 해당한다. 
이 사진은 VLT에 장착된 SPHERE를 이용하여 편광촬영한 것이다. 

 

만들어지고 있는 행성계의 흔적이 유럽남부천문대(the European Southern Observatory, 이하 ESO)의 초거대망원경(Very Large Telescope,  이하 VLT)을 이용한 관측으로 포착되었다. 
태어난지 얼마되지 않은 어린별 마치부자리 AB별 주위에는 가스와 먼지로 이루어진 고밀도 원반이 자리잡고 있다. 
천문학자들은 이곳에서 뚜렷하게 모습을 드러내고 있는 나선구조를 발견했으며 이 나선구조가 꼬여 있는 지점도 포착하였다. 
바로 이 꼬여있는 지점이 행성이 형성되고 있음을 알려주는 단서인 것이다. 
이번 관측은 이제 막 그 형태를 드러나고 있는 어린 행성을 직접적으로 관측한 최초의 사례가 될 수 있다는 점에서 의미가 있다. 

이번 연구를 이끈 프랑스 PLS 대학교 파리 천문대의 안토니 보칼레티(Anthony Boccaletti)는 지금까지 수천 개의 외계행성이 식별되어 왔지만 이들이 어떻게 만들어지는지에 대해서 알려진 것은 거의 없다고 말했다. 
천문학자들은 어린 별 주위에 형성된 먼지 원반에서 차가운 가스와 먼지가 뭉쳐져 행성이 만들어진다는 사실을 알고 있다. 마차부자리 AB별 역시 이와 같은 조건을 가지고 있는 별이다. 

 

아스트로노미앤아스트로피직스(Astronomy & Astrophysics)에 개재된 논문에서는 행성의 형성과정을 보다 제대로 이해하는데 도움을 주는 핵심적인 단서들이 제공되고 있다. 

 

보칼레티는 행성이 형성되고 있는 순간을 포착하기 위해서는 태어난지 얼마 안되는 별과 그 주위를 관측할 필요가 있다고 말했다.  하지만 이제까지 천문학자들은 먼지 원반에서 이제 막 탄생하고 있는 행성을 찾아낼 수 있는 단서인 무언가 꼬인 지점을 식별해 내기에 충분한 고해상도 관측을 할 수 없었다. 
이번에 촬영된 사진은 마차부자리 방향으로 지구로부터 520광년 거리에 있는 마차부자리 AB별 주위의 먼지와 가스원반, 그리고 나선 구조를 멋지게 보여주고 있다. 

연구팀의 일원인 프랑스 보르도 천체물리학연구소의 엠마누엘 디 폴코(Emmanuel Di Folco)는 갓 태어난 행성의 존재를 말해주는 이러한 유형의 신호는 호수에 배가 지나가면서 물결이 생기는 것처럼 먼지원반에 어린 행성이 가스를 밀어내면서 흔적을 남긴 것이라고 말했다. 
행성이 별 주위를 공전하면서 이 파동은 나선팔의 형태를 띠게 된다. 
마차부자리 AB별 사진에서 중심 가까이에 매우 밝은 노란색으로 나타나는 꼬인 지점은 태양계로 치면 해왕성 정도 거리 지점에 위치하고 있으며 연구팀은 바로 이 지점이 행성이 만들어지고 있는 여러 지점 중 하나일 것으로 추정하고 있다. 

 

Credit: ESO/Boccaletti et al.
사진 2> 
행성이 만들어지고 있는 것으로 추정되는 지점이 하얀색 원으로 표시되어 있다.  
오른쪽 하단의 파란색 원은 해왕성 공전궤도의 크기를 비교한 것이다.  

 

마차부자리 AB별은 불과 몇 년 전 아타카마 거대 밀리미터/서브밀리미터 배열(the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA)을 통해 관측된 바 있으며 당시 이미 행성이 형성되고 있다는 단서가 처음으로 제시된 바 있다.  당시 과학자들은 ALMA가 촬영한 사진에서 별 인근에 위치한 두 개 가스 나선팔을 식별했었다. 

이후 2019년과 2020년 초, 프랑스, 대만, 미국, 벨기에의 천문학자들로 구성된 연구팀은 VLT에 장착된 SPHERE 장비를 통해 훨씬 더 선명한 사진을 얻을 수 있었다.

(SPHERE : the Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument, 분광광도계의 높은 대비를 이용한 외계행성 연구 장비, 역자 주)
SPHERE를 통해 얻은 사진들은 마차부자리 AB별을 촬영한 사진들 중 가장 깊은 노출로 촬영된 사진들이다. 
천문학자들은 SPHERE의 강력한 화상화 기능을 이용하여 원반의 안쪽에 있는 작은 먼지 알갱이에서부터 발생하는 훨씬 희미한 빛을 포착할 수 있었다. 
이로서 ALMA에 의해 처음으로 탐지된 나선팔의 존재를 확정지을 수 있었으며 또 다른 인상적인 특징인 꼬인 지점, 즉 행성형성을 말해주고 있는 지점도 포착할 수 있었던 것이다. 

이번 논문의 공동저자인 앤 더트리(Anne Dutrey)의 설명은 다음과 같다.
 "몇몇 이론적 모델에 따르면 바로 이 꼬인지점에서 행성이 만들어지고 있는 것으로 생각됩니다.
이 지점은 행성의 공전 궤도 안쪽으로 말려나가고 있는 나선과 바깥쪽으로 뻗어나가고 있는 나선이 교차되는 지점이기도 하죠.  바로 그 연결 지점에 행성이 위치하고 있는 것입니다. 
나선팔들은 원반의 가스와 먼지들을 강착시켜 행성을 만들고 그 몸집을 부풀리는 역할을 수행하고 있습니다."
  
현재 ESO는 ALMA와 SPHERE에 의한 외계행성계 연구를 첨단의 영역으로 이끌 39미터 직경의 초대형망원경(Extremely Large Telescope, 이하 ELT)을 건설중이다. 

보칼레티는 행성의 형성에 있어 가스가 역학적으로 어떤 기여를 하는지 알기 위해서는 좀더 직접적이고 상세하게 관측이 필요하다고 말했다.  ESO의 ELT와 같은 강력한 망원경은 보칼레티의 설명처럼 천문학자들이 행성의 형성을 보다 상세하게 추적하는데 도움을 줄 것이다. 

 

Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope 
표 1> 
이 별지도는 마차부자리 AB별의 위치를 보여주고 있다. 
별지도상에 표시된 대부분의 별들은 관측조건이 좋은 밤에는 모두 맨눈으로도 볼 수 있는 별들이다.  
마차부자리 AB별의 위치는 붉은 색 원으로 표시되어 있다.

 

Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin
사진 3> 
이 사진은 마차부자리에서 마차부자리 AB별이 위치하는 지점을 촬영한 광대역 사진이다.  
이 사진은 디지털촬영을 이용한 온하늘탐사2(the Digitized Sky Survey 2)의 일환으로 촬영 및 제작된 것이다.

 

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Photo Release  2020년 5월 20일자

        https://www.eso.org/public/news/eso2008/

ESO Telescope Sees Signs of Planet Birth - The Twist Marks the Spot

 

참고 : 외계행성 및 외계행성계에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다. 
        https://big-crunch.tistory.com/12346973