태아별에서 나타나는 행성 탄생 단서 찾았다

ALMA 전파망원경, 태아별 19개 원시성 원반 관측
한동안 조용하다 10만~100만 년 사이 행성 급격히 형성
별 생성 이후 행성 형성 시기 처음 밝혀내

원시성 원반에서 행성이 탄생하는 모습을 그린 상상도./ALMA

국내 과학자가 포함된 국제 연구팀이 형성된 지 얼마 안 된 태아별 주변에서 행성이 태어나는 과정을 밝혀냈다.

서울대는 이정은 물리천문학부 교수와 권우진 지구과학교육과 교수, 이창원 한국천문연구원 전파천문연구그룹장, 아소 유스케 한국천문연구원 연구원이 칠레 ‘아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA)’ 전파망원경으로 태아별을 관측해 행성 생성 장소인 원반을 관측했다고 29일 밝혔다.

이번 연구는 전 세계 15개 연구기관의 37명의 과학자가 수행하는 ALMA 국제 연구 프로젝트 ‘eDisk(Early Planet Formation in Embedded Disks)’로 진행됐다. 연구팀은 행성 생성 시점을 특정하기 위해 650광년(光年·1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억㎞) 내에 있고 1만~10만 년 정도 된 매우 어린 태아별 19개를 관측했다.

'아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA)’ 전파망원경으로 관측한 19개 태아별의 모습./ALMA

행성은 먼지 알갱이와 기체 혼합물로 구성된 ‘원시 행성계 원반’에서 생성되는 것으로 추정된다. ALMA는 최근 원시 행성계 원반에서 고리와 간극, 나선팔과 같은 구조를 발견했는데, 이 구조는 원시행성과 원반의 상호작용으로 만들어진다. 행성이 원반에서 생성되는 게 밝혀진 셈이다.

연구팀의 다음 숙제는 행성이 원반 내에서 언제부터 생성되기 시작하는지 밝혀내는 것이었다. ALMA의 높은 분해능과 감도를 이용해 모든 태아별 행성 탄성의 최소 조건인 원시성 원반을 찾고 태아별의 나이에 따라 원반을 비교했다.

관측 결과, 태아별 중 가장 나이가 많은 몇 개의 원시성 원반에서만 간단한 내부 구조가 발견됐고, 대부분은 먼지와 기체가 뒤섞어 있는 두텁고 평탄한 원반으로 발견됐다. 이는 별 탄생이 시작한 후 10만 년까지는 별다른 일이 일어나지 않다가 10만~100만 년 사이에 행성 형성이 빠르게 진행되는 것을 의미한다.

ALMA는 여러 대의 전파망원경을 배열하고 간섭시켜 거대한 하나의 전파망원경처럼 작동하도록 만드는 방법을 사용한다. 한국천문연구원을 포함해 유럽남방천문대(ESO), 미국국립과학재단(NSF) 일본국립자연과학연구소(NINS), 캐나다국립연구회, 대만과학기술부(MOST), 대만중앙연구원(ASIAA)이 협약을 맺고 있다.

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