이미지 크레디트 : NASA
먼 별 주위의 외계인 천문학 자들이 45 억 년 전에 어린 태양을 연구했다면,이 무해한 노란 별을 공전하는 새로 형성된 지구의 흔적을 볼 수 있었을까요? Scott Kenyon (Smithsonian Astrophysical Observatory)과 Benjamin Bromley (University of Utah)에 따르면 대답은 그렇습니다. 또한, 그들의 컴퓨터 모델에 따르면 같은 크기의 지구가 현재 지구 크기의 행성이 형성되고있는 세상을 찾을 수 있다고합니다.
Kenyon과 Bromley에 따르면, 신생아 지구를 찾는 열쇠는 지구 자체를 찾는 것이 아니라, 지구 (바위) 행성 형성의 지문 인 별을 공전하는 먼지 고리를 찾는 것입니다.
Kenyon은“먼저 먼지가 있으면 행성이있을 수 있습니다.
좋은 행성은 찾기가 어렵다
우리의 태양계는 어린 태양을 공전하는 원판 디스크 (protoplanetary disk)라고 불리는 소용돌이 모양의 가스와 먼지 디스크로 형성되었습니다. 우리 은하 전체에서 동일한 물질이 발견되므로 물리 법칙에 따르면 다른 별 시스템이 비슷한 방식으로 행성을 형성 할 것이라고 예측합니다.
행성은 흔하지 만 행성이 너무 희미하고 훨씬 더 밝은 별에 너무 가깝기 때문에 감지하기가 어렵습니다. 따라서 천문학 자들은 행성의 존재에 대한 간접적 증거를 찾아 행성을 찾습니다. 젊은 행성계에서, 그 증거는 디스크 자체와 행성이 디스크가 형성되는 먼지가 많은 디스크에 어떻게 영향을 미치는지에 존재할 수 있습니다.
큰 목성 크기의 행성은 강한 중력을 가지고 있습니다. 이 중력은 먼지가 많은 디스크에 큰 영향을 미칩니다. 단일 목성은 디스크에서 고리 모양의 틈을 제거하거나, 디스크를 뒤틀 리거나, 보트에서 깨우는 것처럼 디스크에 패턴을 남기는 집중된 먼지 덩어리를 생성 할 수 있습니다. 거대한 행성의 존재는 3 억 5 천만년 된 별 Vega 주위의 디스크에서 보이는 깨우기와 같은 패턴을 설명 할 수 있습니다.
반면에 작은 지구 크기의 세계는 약한 중력을 가지고 있습니다. 그들은 디스크에 더 약하게 영향을 미쳐, 존재의 미묘한 흔적을 남깁니다. Kenyon과 Bromley는 워프 나 웨이크를 찾는 대신 별 시스템이 적외선 (IR) 파장에서 얼마나 밝은 지 확인하는 것이 좋습니다. (열로 인식되는 적외선은 가시광 선보다 파장이 길고 에너지가 적은 광입니다.)
먼지가 많은 디스크가있는 별은 디스크가없는 별보다 IR에서 더 밝습니다. 별 시스템에 먼지가 많을수록 IR에 더 밝습니다. Kenyon과 Bromley는 천문학 자들이 IR 밝기를 사용하여 디스크를 감지 할뿐만 아니라 디스크에서 지구 크기의 행성이 언제 형성되는지 알려줍니다.
Bromley는“먼저 예상되는 먼지 생산 수준과 관련 적외선 초과 량을 계산 한 최초의 사람이었으며, 지구 행성 형성이 관측 가능한 양의 먼지를 생산한다는 것을 입증 한 첫 번째 사람이었습니다.
지상에서 행성을 구축
가장 보편적 인 행성 형성 이론은 "지상부터"행성을 건축 할 것을 요구합니다. 응고 이론에 따르면, 원형 행성 디스크에있는 약간의 암석 물질이 충돌하여 서로 붙어 있습니다. 수천 년에 걸쳐 작은 덩어리는 한 번에 한 눈의 눈사람을 만드는 것과 같이 더 크고 큰 덩어리로 자랍니다. 결국, 바위 덩어리는 너무 커져 본격적인 행성이됩니다.
Kenyon과 Bromley는 복잡한 컴퓨터 프로그램을 사용하여 행성 형성 과정을 모델링합니다. 그들은 중심 별을 공전하는 크기가 0.6 킬로미터 (1 킬로미터) 인 행성 행성을 가진 행성계 원반을“씨앗 (see seed)”했으며, 행성이 어떻게 기본 성분으로부터 진화 하는가를보기 위해 시스템을 앞으로 나아 갔다.
Bromley는“우리는 시뮬레이션을 가능한 한 현실적으로 만들었으며 합리적인 시간 내에 계산을 완료 할 수있었습니다.
그들은 행성 형성 과정이 매우 효율적이라는 것을 발견했습니다. 처음에는 행성 속도 사이의 충돌이 낮은 속도에서 발생하므로 충돌하는 물체가 합쳐져 자라는 경향이 있습니다. 전형적인 지구-태양 거리에서 1 킬로미터 물체가 100 킬로미터 (60 마일) 물체로 자라려면 약 1000 년이 걸립니다. 또 다른 10,000 년은 600 마일 직경의 프로토 플래닛을 생산하는데, 이는 1 만년에 걸쳐 1200 마일 직경의 프로토 플라 넷이됩니다. 따라서 달 크기의 물체는 20,000 년 안에 형성 될 수 있습니다.
디스크 내의 천체가 커지고 더 커짐에 따라 중력이 강해집니다. 일단 물체가 600 마일 크기에 도달하면 나머지 작은 물체를 "교반"하기 시작합니다. 중력 슬링 샷은 작은 소행성 크기의 암석 덩어리를 더 높은 속도로 더 빠르게 만듭니다. 그들은 너무 빨리 여행 할 때 충돌 할 때 서로 분쇄하지 않고 서로를 격렬하게 부 t 버립니다. 가장 큰 원형 행성이 계속 자라는 반면, 바위 같은 행성 행성의 나머지 부분은 서로 먼지를 뿌린다.
Kenyon은“먼지는 별과 같은 거리에서 행성이 형성되는 곳에서 형성됩니다. 결과적으로 먼지의 온도는 지구가 형성되는 위치를 나타냅니다. 금성과 같은 궤도에있는 먼지는 지구와 같은 궤도에있는 먼지보다 더 뜨거워 영성 행성의 별과의 거리에 대한 단서를 제공합니다.
디스크에서 가장 큰 물체의 크기에 따라 먼지 생성률이 결정됩니다. 600 마일의 원형 행성이 형성되었을 때 먼지의 양은 최고입니다.
브롬 리는“스피터 우주 망원경은 이러한 먼지 피크를 감지 할 수 있어야한다.
현재 Kenyon과 Bromley의 지상 행성 형성 모델은 금성 궤도에서 지구와 화성의 중간 정도까지 태양계의 일부만 포함합니다. 미래에, 그들은 수성만큼이나 태양만큼 멀고 화성만큼 먼 궤도를 포함하도록 모델을 확장 할 계획이다.
그들은 또한 해왕성 궤도 너머의 작고 얼음이 많고 바위 같은 물체로 이루어진 Kuiper Belt의 형성을 모델링했습니다. 다음 논리적 단계는 목성과 토성 같은 가스 거인의 형성을 모델링하는 것입니다.
"우리는 태양계의 가장자리에서 시작하여 안쪽으로 일하고 있습니다."Kenyon이 웃으며 말합니다. “우리는 또한 대량으로 작업하고 있습니다. 지구는 Kuiper Belt 물체보다 1000 배 더 크고 목성은 지구보다 1000 배 더 무겁습니다.”
"우리의 궁극적 인 목표는 전체 태양계의 형성을 모델링하고 이해하는 것입니다." Kenyon은 컴퓨터 속도가 계속 증가함에 따라 전체 태양계를 시뮬레이션 할 수있게함으로써 10 년 이내에 목표를 달성 할 수있을 것으로 추정합니다.
이 연구는 2004 년 2 월 20 일 The Astrophysical Journal Letters에 발표되었다. 추가 정보 및 애니메이션은 http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/에서 온라인으로 제공됩니다.
하버드-스미소니언 천체 물리학 센터는 매사추세츠 케임브리지에 본사를 둔 Smithsonian Astrophysical Observatory와 Harvard College Observatory의 공동 협력입니다. 6 개의 연구 부서로 구성된 CfA 과학자들은 우주의 기원, 진화 및 궁극적 운명을 연구합니다.
원본 출처 : CfA 뉴스 릴리스
