우리 은하계의 다른 행성에 대한 사냥은 지난 수십 년 동안 2,886 개의 시스템에서 3869 개의 행성과 2,898 명의 후보자가 확인을 기다리고있는 것으로 밝혀졌다. 이 행성들의 발견으로 과학자들에게 우리 은하에 존재하는 행성의 종류에 대해 많은 것을 가르쳐 주었음에도 불구하고, 행성 형성 과정에 대해서는 아직 우리가 많이 알지 못합니다.
이러한 질문에 답하기 위해 국제 팀은 최근에 Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA)를 사용하여 인근 별 주변의 원형 행성 디스크에 대한 최초의 고해상도 고해상도 조사를 수행했습니다. DSHARP (High Angular Resolution Project)에서 디스크 하부 구조로 알려진이 프로그램은 먼지와 가스가 새로운 행성을 형성하는 과정에있는 20 개의 인근 시스템의 고해상도 이미지를 생성했습니다.
그들의 결과는 10 권의 논문에서 공유되었다. 천체 물리학 저널 편지. 이 팀에는 하버드 스미소니언 천문 물리학 센터 (CfA), 공동 ALMA 관측소 및 여러 관측소, 연구소 및 대학의 구성원이 포함되었습니다.
각각의 경우에 DSHARP 연구자들은 중심 별과는 거리가 멀고 디스크의 내부와 외부를 구분하는 것처럼 디스크에 틈이 있음을 지적했습니다. 또한, 생성 된 링은 별과의 거리에 따라 밀집되어 있거나 더 얇은 밴드를 형성했다. 그들은이 패턴들이 디스크를 교란시키는 보이지 않는 행성 동료의 결과 일 수 있다고 지적했다.
또 다른 가능성은 디스크 구조가 은하계와 같은 나선 은하에서 볼 수있는 것과 유사한 전지구 적 불안정성을 겪을 수 있다는 것이다. 연구원들에 따르면, 가장 큰 설명은 가스 거인과 같은 큰 행성이 주로 디스크 바깥쪽에 형성되고 있으며, 이는 행성 형성에 대한 현재의 이론보다 행성 형성이 허용하는 것보다 훨씬 빠르다는 것을 나타냅니다.
이 가능한 설명은 또한 별에 더 가까운 지구 행성 (즉, 바위와 지구와 비슷한 크기)이 어떻게 형성의 초기 단계에서 살아남을 수 있는지 설명하는 데 도움이 될 것입니다. 하버드 스미소니언 천문 물리학 센터 (CfA)의 천문학 자이자 ALMA 관찰 캠페인의 지도자 중 한 사람인 Sean Andrews는 NRAO 보도 자료에서 이러한 발견의 중요성을 다음과 같이 설명했습니다.
“이 달 동안의 관찰 캠페인의 목표는 원형 행성 디스크의 구조적 공통점과 차이점을 검색하는 것이 었습니다. ALMA의 놀랍도록 선명한 비전은 이전에는 볼 수 없었던 구조와 예기치 않은 복잡한 패턴을 보여주었습니다. 우리는 다양한 대중의 어린 별들에 대한 뚜렷한 세부 사항을보고 있습니다. 이러한 매우 다양한 소규모 기능에 대한 가장 강력한 해석은 디스크 재료와 상호 작용하는 보이지 않는 행성이 있다는 것입니다.”
행성 형성의 주요 모델에 따르면, 행성은 원형 행성 디스크 안에 먼지와 가스가 점진적으로 축적되어 태어납니다. 이것은 소행성, 평면 상 및 행성이 나타날 때까지 더 큰 바위를 형성하기 위해 먼지 입자가 결착되는 것으로 시작됩니다. 이 프로세스는 수백만 년이 걸리는 것으로 생각되는데, 이는 구형 시스템의 원형 행성 디스크가 더 많은 가시성에 영향을 미치게됩니다.
그러나 ALMA가 실시한 초기 관측에 따르면 많은 젊은 행성 행성 디스크는 고리와 간격과 같이 잘 정의 된 구조를 가졌다. 이러한 특징은 일반적으로 행성의 존재와 관련이 있으며 심지어 백만 년 전의 몇 가지 시스템에서도 발견되었습니다. CfA의 대학원생이자 연구팀 원인 Jane Huang은 다음과 같이 설명했다.
“젊은 디스크의 첫 번째 고해상도 이미지에서 행성 형성의 가능성을 볼 수 있다는 것은 놀라운 일이었습니다. 이것이 비정상인지 또는 해당 서명이 디스크에서 공통적인지 알아내는 것이 중요했습니다.”
초기 샘플 세트가 너무 작았 기 때문에 DSHARP 캠페인은 다른 원형 행성 디스크를 관찰하기 위해 장착되었습니다. 먼지 입자는 밀리미터 파장에서 빛을 발하는 것으로 알려져 있기 때문에 캠페인 팀은 ALMA 어레이를 사용하여 젊은 별 시스템 주변의 먼지 벨트 밀도 분포를 정확하게 매핑하고 (별 거리에 따라) 천문 단위로 작습니다.
결국 연구팀은 대부분의 하부 구조 (동심 간격과 좁은 고리)가 거의 모든 디스크에 공통적 인 반면, 대규모 나선형 패턴과 호 모양의 특징은 더 드물다는 것을 발견했습니다. 또한 디스크와 갭이 호스트 스타에서 수백 AU에 이르기까지 다양한 거리에 있음을 발견했습니다.
언급 한 바와 같이, 이러한 관측은 행성 형성 이론과 관련하여 지속적인 미스터리를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 특히, 천문학 자들은 매끄러운 원형 행성 원반의 역학으로 인해 지름 1 센티미터 이상의 몸이 호스트 스타에 빠질 때 행성이 어떻게 형성 될지 궁금해하고 있습니다. 그러한 상황에서 소행성보다 큰 바위 같은 물체는 존재하지 않아야합니다.
본질적으로, 팀이 관찰 한 울창한 먼지 고리는 디스크에 섭동 (perturbation)을 생성하여 행성 행성이 안전하고 행성으로 성장하는 데 필요한 시간을 가질 수있는 영역을 만들 수 있습니다. 칠레 대학의 연구원이자 연구팀 원인 Laura Perez는 다음과 같이 지적했습니다.
ALMA가 HL Tau의 상징적 인 이미지로 그 기능을 진정으로 공개했을 때, 우리는 디스크가 비교적 크고 젊기 때문에 이것이 그 이상 치가 아닌지 궁금했습니다. 이 최신 관측 결과에 따르면 HL Tau는 놀랍지 만, 별이 별 나지 않으며 실제로 어린 별 주위의 행성의 정상적인 진화를 나타낼 수 있습니다.”
이 연구는 오늘날의 최첨단 기기와 과학적 협업의 힘을 보여줍니다. 더 많이보고 더 멀리 볼 수있는 능력 덕분에 과학자들은 이전과는 다른 천문학적 이론을 테스트 할 수 있습니다. 그리고 그 과정에서 우주가 어떻게되었는지에 대한 우리의 가장 근본적인 개념은 확인되고 도전 받고 있습니다.
NRAO 봉사 활동 프로그램을 통해 원형 행성 디스크가 어떻게 생겼는지이 애니메이션을 즐기십시오.
* ALMA 관찰 캠페인의 다른 지도자는 라이스 대학교의 Andrea Isella, 칠레 대학교의 Laura Pérez 및 하이델베르크 대학교의 Cornelis Dullemond입니다.
