원시 태양계 닮은 행성 형성 원반에서 세 개의 철 고리 관찰

지구와 태양계의 기원은?

연구자들은 지구와 태양계의 현재 상태를 연구함으로써 약 45억년 전 유아 태양을 둘러싸고 있는 먼지와 가스로 이루어진 원반에서 진화했을 때의 조건에 대한 상세한 그림을 개발했다.

멀리 있는 천체를 대상으로 한 별과 행성 형성 연구의 놀라운 진전으로 이제 우리는 어린 별 주변의 환경 조건을 조사하고 이를 초기 태양계에서 파생된 조건과 비교할 수 있다. 연구진은 헝가리 부다페스트 Konkoly 천문대의 József Varga가 이끄는 국제 연구원 팀인 유럽 남부 천문대(ESO)의 VLTI(Very Large Telescope Interferometer)를 사용하여 이 작업을 수행했다. 그들은 약 500광년 떨어진 어린 별 HD 144432의 행성 형성 원반을 관찰했다.

Roy van Boekel은 “원반의 가장 안쪽 영역에서 먼지 분포를 연구하면서 이러한 환경에서 먼지가 3개의 동심 고리에 쌓이는 복잡한 구조를 처음으로 발견했다”라고 말했다. 독일 하이델베르그에 있는 막스 플랑크 천문학 연구소(MPIA) 과학자인 그는 천문학 및 천체 물리학 저널(Astronomy & Astrophysics) 연구 논문의 공동 저자다.

van Boekel은 “그 지역은 태양계에서 암석 행성이 형성된 지역에 해당한다”라고 덧붙였다. 태양계와 비교하면 HD 144432 주변의 첫 번째 고리는 수성의 궤도 내에 있고 두 번째 고리는 화성의 궤적에 가깝다. 게다가 세 번째 고리는 대략 목성의 궤도와 일치한다.

지금까지 천문학자들은 토성이 태양을 공전하는 영역 너머에 해당하는 더 큰 규모에서 그러한 구성을 주로 발견했다. 어린 별 주변의 원반에 있는 고리 시스템은 일반적으로 행성이 이동하는 동안 먼지와 가스를 축적하면서 틈 내에 형성되는 행성을 가리킨다.

HD 144432는 호스트 별에 매우 가까운 복잡한 고리 시스템의 첫 번째 예다. 이는 지구와 같은 암석 행성의 구성 요소인 먼지가 풍부한 지역에서 발생한다. 고리가 틈새 내에 형성되는 두 개의 행성의 존재를 나타낸다고 가정하면 천문학자들은 그 질량이 목성과 거의 유사하다고 추정했다.

조건은 초기 태양계와 유사할 수 있다.

천문학자들은 태양으로부터 목성까지의 거리에 해당하는 중심 별로부터의 분리까지 원반 전체의 먼지 구성을 결정했다. 다양한 규산염(금속-실리콘-산소 화합물)과 지구의 지각과 맨틀에 존재하는 기타 광물, 그리고 아마도 수성과 지구에 존재하는 금속철일 수도 있다. 만약 확인된다면, 이 연구는 행성을 형성하는 원반에서 철을 발견한 최초의 연구가 될 것이다.

van Boekel은 “천문학자들은 지금까지 우리가 우주의 거의 모든 곳에서 볼 수 있는 물질인 탄소와 규산염 먼지가 혼합된 먼지 원반의 관찰을 설명했다”라고 설명했다. 그러나 화학적 관점에서 볼 때 철과 규산염 혼합물은 뜨거운 내부 디스크 영역에 더 그럴듯하다.

실제로, 기본 연구 기사의 주요 저자인 Varga가 데이터에 적용한 화학 모델은 탄소 대신 철을 도입할 때 더 적합한 결과를 산출한다.

또한 HD 144432 디스크에서 관찰된 먼지는 안쪽 가장자리에서 1800켈빈(섭씨 약 1500도)까지 뜨겁고 바깥쪽 가장자리에서는 300켈빈(섭씨 약 25도)만큼 뜨거울 수 있다. 광물과 철은 별 근처의 뜨거운 지역에서 녹고 종종 결정 형태로 재응축된다.

결과적으로 탄소 알갱이는 열을 견디지 못하고 대신 일산화탄소나 이산화탄소 가스로 존재하게 된다. 그러나 탄소는 여전히 차가운 외부 디스크에 있는 고체 입자의 중요한 구성 요소일 수 있다.

철분이 풍부하고 탄소가 부족한 먼지도 태양계의 조건에 잘 들어맞을 것이다. 수성과 지구는 철이 풍부한 행성인 반면, 지구에는 탄소가 상대적으로 적다.

van Boekel은 “우리는 HD 144432 디스크가 오늘날 우리가 알고 있는 암석 행성에 많은 양의 철을 공급했던 초기 태양계와 매우 유사할 수 있다고 생각한다”며 “우리의 연구는 우리 태양계의 구성이 매우 전형적일 수 있음을 보여주는 또 다른 예가 될 수 있다”고 말했다.