얼음 거인과 뒤틀린 원반? 이상한 스타의 미스터리는 점점 더 이상해진다

허블이 촬영한 HD 15115의 원본 이미지는 별 주위의 원반이 비대칭적으로 뻗어 있는 것으로 밝혀져 천문학자들을 10년 넘게 어리둥절하게 만들었다.

허블이 촬영한 HD 15115의 원본 이미지는 별 주위의 원반이 비대칭적으로 뻗어 있는 것으로 밝혀져 천문학자들을 10년 넘게 어리둥절하게 만들었다. (이미지 제공: NASA, ESA 및 P. Kalas(캘리포니아 대학교 버클리))



10년이 넘는 기간 동안 젊은 별 주위의 뒤틀린 원반은 천문학자들을 어리둥절하게 만들었습니다. 그러나 이제 새로운 연구는 이 별의 당혹스러운 미스터리 중 두 가지에 대한 설명을 제시합니다.



항성계에서 새로 발견된 두 번째 고리는 모성에서 멀리 떨어져 있는 얼음 거인이 현재 탐지 기술의 영역 너머에 숨어 있음을 시사합니다. 연구원들은 또한 원반의 가장 작은 입자들만이 뒤틀려 있고 더 큰 물질은 별 주위에 더 고르게 퍼져 있다는 것을 발견했습니다.

미스터리의 시작은 다음과 같습니다. 2007년, NASA의 허블 우주 망원경 약 150광년 떨어져 있는 젊은 별 HD 15115 주위의 한쪽이 원반의 한 쪽이 다른 쪽의 두 배인 한쪽으로 치우친 고리를 발견했습니다. 천문학자들은 멀리 떨어져 있는 동반성으로부터의 이상한 잡아당김이나 행성 시스템에서 쫓겨났습니다. 그러나 과학자들은 이러한 솔루션에 대해 별로 관심이 없었습니다.



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비대칭의 근원을 발견하기 위해 워싱턴 D.C.에 있는 카네기 과학 연구소의 천문학자인 메레디스 맥그리거(Meredith MacGregor)는 아타카마 ALMA(Large Millimeter/submillimeter Array)를 별 쪽으로 돌렸습니다. 허블이 본 가스 및 기타 가벼운 물질과 관련된 작은 입자 외에도 ALMA는 행성 형성 후 남은 더 큰 먼지 입자도 밝혀냈습니다.

MacGregor는 demokratija.eu에 '놀랍게도 비대칭이 전혀 보이지 않습니다.'라고 말했습니다. '대신 우리가 보는 것은 디스크에 두 개의 고리가 있고 그 사이에 틈이 있다는 증거가 있는 것 같습니다.'



맥그리거는 그녀에게 결과 ~에서 제223차 미국천문학회 학술대회 1월 시애틀에서

보이지 않는 세계

별이 태어난 후 남은 가스와 먼지는 함께 충돌하여 행성을 형성합니다. 결국 대부분의 가스와 먼지는 신생 세계로 모이거나 항성풍에 의해 새로운 시스템에서 제거됩니다. 그러나 약 4분의 1의 경우에 일부 물질은 별을 둘러싸고 있는 거대한 벨트에 남아 있습니다. 이 파편 디스크는 소행성 또는 우리 태양계에서 발견되는 카이퍼 벨트이지만 훨씬 더 거대합니다. 그들은 별에 얼마나 가까이 있는지에 따라 얼음이나 암석으로 구성됩니다.

ALMA의 이미지는 HD 15115가 이제 파편 디스크 내부에 두 개의 분리된 재료 밴드를 자랑하는 것으로 알려진 엘리트 클럽의 일부임을 보여줍니다. 지금까지 HD 107146으로 알려진 태양과 같은 어린 별인 다른 하나의 별만이 관측된 벨트가 한 개 이상 있습니다. 그러나 다른 별들이 외행성대와 소행성대를 모두 가지고 있을 가능성이 있습니다. 엑소쿠이퍼 벨트 , 그러나 그들은 관찰하기에는 너무 희미합니다. 현재 기술로는 우리 태양계 자체의 쌍을 따를 수 없습니다. 희미한 고리 .

HD 15115를 둘러싸고 있는 두 개의 벨트는 MacGregor가 말한 거의 모든 재료가 제거된 좁은 간격으로 분리되어 있습니다. 이 간극을 없애고 비워 두려면 단순한 우연 이상의 것이 필요합니다. 엄청난 것이 필요합니다. MacGregor는 '제거된 간격으로 분리된 두 개의 파편 벨트를 유지해야 하는 이유에 대한 가장 쉬운 설명은 그 간격에 일종의 행성이 있다는 것입니다.'라고 MacGregor가 말했습니다.

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HD 15115의 바늘 같은 이미지는 한 쪽이 다른 쪽보다 더 멀리 뻗어 있는 재료 디스크를 보여줍니다. 천문학자들은 이제 가장 가벼운 입자만 늘어나는 반면 더 큰 물체는 원형 디스크에 남아 있다고 생각합니다.

HD 15115의 바늘 같은 이미지는 한 쪽이 다른 쪽보다 더 멀리 뻗어 있는 재료 디스크를 보여줍니다. 천문학자들은 이제 가장 가벼운 입자만 늘어나는 반면 더 큰 물체는 원형 디스크에 남아 있다고 생각합니다.(이미지 제공: NASA, ESA, G. Schneider(University of Arizona) 및 HST/GO 12228 팀)

우리 태양계에서 얼음 카이퍼 벨트는 해왕성과의 중력 상호 작용에 의해 형성되었습니다. MacGregor에 따르면 유사한 프로세스가 HD 15115 주변의 격차를 좁혔을 가능성이 큽니다. 그러나 지금 우리는 범인 행성을 볼 수 없습니다.

현재의 각 행성 사냥 기술은 감지할 수 있는 세계의 종류에 제한이 있기 때문입니다. NASA의 행성 사냥 케플러 우주 망원경 지구와 별 사이를 통과하는 행성이 별빛을 차단하는 통과 방법에 의존했습니다. 이러한 조사의 수명이 비교적 짧고 행성에서 여러 번 통과해야 하기 때문에 이 방법은 항성 근처를 공전하는 세계로 제한됩니다. 반경 방향 속도 방법은 행성이 별을 잡아당기는 중력을 측정하지만 별의 흔들림을 생성할 수 있는 행성은 더 크고 더 가까이 있는 경향이 있습니다. 직접 이미징 별에서 멀리 떨어져 있는 행성의 빛을 포착할 수 있지만 행성이 노화됨에 따라 냉각되고 빛을 덜 발하기 때문에 젊은 세계만 발견할 수 있습니다.

이 모든 것은 가스 거인 목성과 토성보다 천왕성과 해왕성과 같은 행성에서 멀리 떨어진 더 차가운 얼음 거인이 희귀한 보물임을 의미합니다.

HD 15115에서 새로 발견된 간격은 별에서 거의 60천문 단위 떨어져 있습니다. (1 천문 단위(AU)는 지구와 태양 사이의 거리입니다.) 그러한 거리에서 추운 온도는 모든 행성이 얼음 거인이 될 것임을 암시합니다. 현재, 보이지 않는 행성의 크기와 질량은 미스터리로 남아 있지만, MacGregor와 그녀의 동료들은 모델을 사용하여 더 잘 이해하기를 희망합니다. 적절한 크기의 간격을 만들기 위해서는 행성 거대하지만 너무 거대하지 않다고 그녀는 말했다.

이러한 모델을 사용하면 '우리가 감지할 수 없는 무언가의 존재를 추론할 수 있습니다.'라고 MacGregor는 말했습니다.

이 연구는 Astrophysical Journal Letters에 제출되었습니다.

변화하는 그림

새로운 결과는 잠재적으로 보이지 않는 세계를 드러내는 것 외에도 HD 15115 주변의 이상한 디스크 모양 뒤에 숨겨진 10년 전의 미스터리를 해결하는 데 도움이 됩니다. Hubble의 원래 관찰은 별의 디스크에 이상한 바늘 같은 모양을 보여주었습니다 . 디스크의 동쪽은 315AU로 확장되는 반면 서쪽은 550AU를 약간 넘어서 확장되어 엄청난 비대칭을 만듭니다.

허블은 원래 디스크의 대부분이 날아간 후 남은 작은 가스 입자를 흘끗 보았습니다. MacGregor에 따르면 이 물질은 다른 물체에 의해 쉽게 이동할 수 있는 작고 가벼운 입자로 구성되어 있습니다.

대조적으로, ALMA는 더 안정적으로 유지되어야 한다고 그녀가 말했던 더 크고 더 무거운 입자를 조사했습니다. 이 입자들은 디스크가 허블의 관점에서 보이는 것만큼 불균형하지 않다는 것을 보여주었습니다. 대신 큰 알갱이가 별 주위에 고르게 분산되어 안정적인 원반 모양을 유지합니다.

원래 과학자들은 HD 15115의 먼 동반성이 원반을 휘게 하는 데 손을 댔을 수 있으며 잠재적인 궤도를 통해 디스크가 확대되고 일부 물질을 끌어서 바늘 같은 구조를 만들 수 있다고 생각했습니다. 또는 완전히 독립적인 별에서 날아온 것이 트릭일 수도 있다고 천문학자들은 생각했습니다. 그러나 동료 별이나 자유롭게 떠 있는 이웃의 가까운 통과는 ALMA가 본 더 큰 입자를 남기지 않을 것이라고 MacGregor는 말했습니다.

대신, 그녀는 뒤틀림이 별 사이의 공간에 떠 있는 물질과의 충돌로 인해 발생할 수 있다고 제안했습니다. HD 15115가 은하 주위를 여행하면서 빽빽한 먼지와 가스 무리와 접촉했을 수 있습니다. 이러한 충돌은 더 무거운 파편이 계속 앞으로 나아가는 동안 더 가벼운 물질을 느리게 하여 허블의 눈에는 이상하게 늘었지만 ALMA의 눈에는 그렇지 않은 원반으로 이어졌을 수 있습니다.

ALMA는 파편 원반을 계속 연구하고 있으며 연구원들은 주변에 여러 개의 물질 고리가 있는 더 많은 별을 계속해서 밝혀낼 수 있기를 희망합니다. 이러한 물체 중 2개 이상을 관찰하면 과학자들이 파편 디스크가 어떻게 형성되고 진화하는지 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

'ALMA는 파편 디스크에 대한 우리의 그림에 정말 혁명을 일으켰습니다.'라고 MacGregor는 말했습니다.

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