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“아기별 원반에서 소용돌이 구조 최초 확인”, ALMA로 관측 성공…사이언스지 게재 2016-10-10

■ 인류 역사상 최대의 관측기기인 아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(이하 ALMA)를 이용해 아기별 원반에 형성된 소용돌이 형태의 나선팔 구조를 최초로 발견했다. 원반의 실제 나선팔을 확인함으로써 이곳에서 행성이 어떻게 형성되는가를 밝힐 수 있는 중요한 단서를 얻게 됐다.

■ 한국천문연구원(원장:한인우)은 권우진 박사(한국천문연구원 선임연구원·과학기술연합대학원대학교(UST) 천문우주과학전공 교수)가 속한 국제연구팀이 아기별 원반에 형성된 나선팔 구조를 최초로 발견했으며, 해당 논문이 사이언스지 9월 30일자에 게재됐다고 밝혔다.

 

□ 연구팀은 ALMA로 ‘Elias 2-27’이라는 아기별 원반을 관측해 중심으로부터 약 70AU에 형성된 저밀도 지역과 100~300AU 지역에 대칭적으로 뻗어 있는 나선팔 구조를 발견했다. (그림 참조) 이는 원반의 실질적인 물리적 성질을 보여주는 밀리미터 전파 관측으로는 최초의 발견이다.


□ 이제까지 가시광선과 같은 짧은 파장의 관측에서 나선팔 구조가 발견된 사례들이 있다. 하지만 짧은 파장은 원반의 겉부분만 볼 수 있는 산란광으로 원반의 더 깊은 구조를 들여다 볼 수 없는 한계가 있었다. 이번 발견은 아기별 원반의 바깥 영역에서 이루어지는 행성 형성 과정을 연구하는 데 중요한 단서를 제공한다.

 

□ 별은 차갑고 밀도가 높은 분자구름에서 중력 수축으로 탄생한다. 중력 수축으로 막 탄생한 별을 아기별이라 하는데 아기별들은 가스와 먼지로 이루어진 원반을 가진다. 이 원반의 질량이 충분히 크면 중력 불안정으로 나선팔이 만들어지기도 하며, 이 공간에서 행성이 탄생한다. 먼지 입자들이 뭉쳐 생성된 아기 행성들과 원반의 상호작용에 의해서도  이러한 소용돌이 구조가 만들어진다.

 

□ 본 연구에 참여한 유일한 한국인 연구자인 권우진 박사는 “한국은 2013년부터 ALMA 사용이 가능하게 되어 이를 통해 구체적인 연구성과를 내고 있다”며 “앞으로는 이번에 발견한 나선팔 구조의 형성 과정을 밝히기 위한 추가 ALMA 관측을 수행할 예정이다”고 전했다.

 

□ 권 박사는 ALMA 관측 자료의 초기 분석 과정에서 나선팔 구조가 행성의 생성과 밀접한 연관이 있을 것이라 보고 논문의 핵심 부분을 제안하는 역할을 했다.

 

ALMA로 관측한 ‘Elias 2-27’의 모습. 왼쪽 사진을 처리한 오른쪽 사진에서 나선팔 모양을 보다 잘 확인할 수 있다. 

 그림. ALMA로 관측한 ‘Elias 2-27’의 모습. 왼쪽 사진을 처리한 오른쪽 사진에서 나선팔 모양을 보다 잘 확인할 수 있다.

 

[참고 1]  용어 설명
1. Elias 2-27: 지구로부터 거리가 450광년 떨어져 있는 Ophiuchus 별 탄생 지역에 위치하는 아기별로 태양 질량의 0.5배, 원반은 태양 질량의  0.1배 정도로 추정된다. 

2. 아기별: 우주 공간의 먼지와 가스들이 모여 중력에 의한 수축을 시작한다. 이어 그 중심 에너지가 높아지면서 항성의 전신이 되는 아기별이 탄생한다. 수축 등에 의해 온도가 수백 만~수천 만℃까지 오르면 원자핵 반응이 시작되어 주계열의 별이 된다. 아기별에서 주계열의 항성까지 수백 만 년 정도가 걸린다.

3. 나선팔: 나선팔은 보통 나선은하의 원반에서 발견되는 것으로, 중앙 팽대부를 휘감아  소용돌이처럼 돌고 있는 팔모양의 부분을 일컫는다. 이번에 아기별 Elias 2-27에서 발견된 나선팔의 경우 관측된 골의 깊이, 나선팔의 대칭성 등을 한 가지 모델로 설명할 수 없다. 얕은 골의 깊이는 원반과 상호작용하는 질량이 작은 행성들의 존재를 추정케 하나 이는 대칭적으로 크게 형성되어 있는 나선팔 구조를 설명하지 못한다. 중력 불안정으로 설명하기에는 추정된 원반의 질량이 작고, 이렇게 형성된 나선팔은 유지시간이 약 1000년 정도로 짧다. 본 연구의 나선팔은 은하의 나선팔을 설명하는 밀도파와 같은 구조라 생각된다.

4. ALMA(아타카마 대형 밀리미터 및 서브밀리파 간섭계, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array): ALMA는 미국국립과학재단(NSF), 유럽남반구천문대(ESO), 일본자연과학연구기구(NINS)가 칠레 아타카마 사막에 건설하여 운영하는 국제적 천문관측장비다. 한국천문연구원은 2012년 일본국립천문대(NAOJ)와 ALMA 협력에 대한 협약을 맺고 2013년부터 사용이 가능하게 됐다. 2014년 8월에는 일본자연과학연구기구(NINS)와 ALMA 운영 및 개발에 관한 협약을 맺어 동아시아 ALMA 컨소시엄에 일본, 타이완에 이어 공식적으로 참여하고 있다.
5. AU(Astronomical Unit): AU는 태양에서 지구까지 거리를 기준으로 재는 천문단위다. 1AU는 약 1.5*10^8km이다. 태양에서 목성까지 거리는 약 5.2AU이다.

 

[참고 2] 논문 및 연구자
 - 게재지 : 사이언스지(Science Journals) 2016년 9월 30일자
 - 제목 : Spiral density waves in a young protoplanetary disk
 - 저자 : Laura M. P&eae;rez, John M. Carpenter, Sean M. Andrews, Luca Ricci, Andrea Isella, Hendrik Linz, Anneila I. Sargent, David J. Wilner, Thomas Henning, Adam T. Deller, Claire J. Chandler, Cornelis P. Dullemond, Joseph Lazio, Karl M. Menten, Stuartt A. Corder, Shaye Storm, Leonardo Testi, Marco Tazzari, 권우진, Nuria Calvet, Jane S. Greaves, Robert J. Harris, Lee G. Mundy

 

 

 

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