토토사이트

[연구필요성]

행성이 만들어지는 원반을 가진 어린 별들 사이에서는 중력에 의한 상호작용이 활발할 것으로 예측되어 왔다. 하지만 이러한 상호작용의 흔적은 매우 짧은 시간 안에 사라지기 때문에, 실제 관측으로 이를 분명하게 확인하기는 쉽지 않았다. 따라서 두 어린 별 사이의 중력 상호작용 흔적을 포착하는 것은, 별과 행성이 어떻게 만들어지고 진화하는지를 이해하는 데 있어 매우 중요한 의미를 갖는다.

[연구성과/기대효과]

이번 연구에서는두 어린 별 사이에서 발생한 중력 상호작용을 직접 포착하고, 시뮬레이션을 통해 그 과정을 입증하는 데 성공했다. 그동안 어린 별 사이의 중력 상호작용은 관측이 어려워 잘 알려지지 않았으나, 이번 연구 결과는 이러한 상호작용이 별과 행성의 형성 및 진화 과정에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 보여준다.

[본문]

자연에 존재하는 가장 근본적인 힘인 중력은 우주의 모든 천체들 사이에서 작용한다. 우리가 잘 알고 있듯이, 은하와 은하가 중력에 의해 서로 충돌하거나 상호작용하는 현상은 비교적 흔하게 관측된다. 그러나 별의 경우는 다르다. 쌍성계를 이루지 않는 서로 다른 두 별 사이에서 중력 상호작용이 일어나는 일은 거의 없다. 그 이유는 별의 크기에 비해 별 사이의 거리가 너무 멀리 떨어져 있기 때문이다.

하지만 이제 막 태어난 어린 별(protostar)은 예외적이다. 별은 주로 밀도가 높은 환경에서 태어나기 때문에, 갓 형성된 어린 별들은 서로 가까운 거리에서 모여 있는 경우가 많다. 또한 이들은 주변에 행성이 만들어지는 거대한 원반(원시행성계 원반)을 품고 있어, 성인별(주계열성)에 비해 크기가 훨씬 크다.

이러한 이유로 천문학자들은 어린 별들 사이에서 활발한 중력 상호작용이 일어날 것이라고 예측해왔다. 그러나 문제는 그 증거가 매우 빠르게 사라진다는 점이다. 어린 별 간 중력 상호작용이 남기는 흔적은 수천 년에서 수만 년 사이에 희미해지기 때문에 지금까지 명확하게 포착된 사례는 극히 드물었다. 결과적으로, 어린 별들이 실제로 얼마나 자주 중력 상호작용을 겪는지, 그리고 그 과정이 별과 행성의 형성과 진화에 어떤 영향을 미치는지는 오랫동안 관측적으로 잘 알려지지 않았다.

토토사이트 지구과학교육과 권우진 교수와 물리천문학부 석박사 통합과정 최영우 연구원이 주도한 연구팀은 세계 최대의 전파간섭계인 아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 관측 자료를 활용해, 지구로부터 약 1,000광년 떨어진 페르세우스 분자운에 속한 두 어린 별 ‘L1448 IRS3A’와 ‘L1448 IRS3B’ 사이에서 브리지(bridge) 구조를 포착했다. 또한 두 어린 별 주변 원반에서는 나선형 구조가 확인되었으며, 이러한 관측 결과를 종합하면 두 어린 별 사이에서 중력 상호작용이 실제로 일어나고 있음을 강하게 시사한다.

연구팀은 시뮬레이션을 통해 두 어린 별 사이에서 발생한 중력 상호작용을 재현하였다. 시뮬레이션 결과, 두 별은 약 1만 5천 년 전 서로 1,500 AU(천문단위)까지 접근하며 근접 스침(플라이바이, flyby) 현상을 겪은 것으로 나타났다. 이 과정에서 ‘L1448 IRS3B’의 원반 물질 일부가 ‘L1448 IRS3A’ 방향으로 유입되었고, 그 결과 현재 관측되는 브리지 구조가 형성된 것으로 밝혀졌다.

이번 연구는 그동안 관측적으로 거의 알려지지 않았던 어린 별들 사이의 중력 상호작용을 정밀하게 규명한 매우 드문 사례다. 별은 인간과 마찬가지로 성장 과정이 존재하며, 성인별(주계열성)이 되기 전까지 주변 물질을 계속해서 흡수하며 몸집을 키운다. 연구 결과에 따르면 이러한 중력 상호작용이 발생할 경우 별로 유입되는 물질의 양이 급격히 증가할 수 있다. 또한 행성이 만들어지는 원반이 근접 스침에 의해 뒤틀리거나 변형되면서, 향후 행성의 형성과 진화 과정에도 큰 영향을 미치게 된다.

이 연구는 그동안 명확히 밝혀지지 않았던 어린 별의 중력 상호작용이 별과 행성의 형성과 진화에 생각보다 더 큰 역할을 할 수 있다는 중요한 가능성을 제시한다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구 및 기초연구실, BK21 인포스피어 과학교육연구단의 지원을 받아 수행되었으며, 천체물리학 저널 레터 (Astrophyscial Journal Letters) 최신호에 게재되었다.

[연구결과]

A Bridge between Young Stars Formed by Gravitational Interaction

Youngwoo Choi, Woojin Kwon, Leslie W. Looney, and John J. Tobin
(The Astrophysical Journal Letters, )

토토사이트 최영우 연구원과 권우진 교수가 주도한 연구팀은 태어난 지 10만 년이 채 되지 않은 두 어린 별 사이에서 ‘브리지(bridge)’ 구조를 포착했다. 연구팀의 시뮬레이션 분석 결과, 약 1만 5천 년 전 두 별이 약 1500 AU(천문단위) 거리까지 접근하며 근접 스침(플라이바이, flyby) 현상이 발생한 것으로 나타났다. 이 과정에서 한 어린 별 주위 원반의 물질이 다른 별로 이동해 현재 관측되는 브리지 구조가 형성된 것으로 확인하였다. 이번 연구는 어린 별 간 중력 상호작용이 별과 행성의 형성과 진화에 중요한 역할을 할 수 있음을 보여주는 매우 희귀한 관측 사례다.

[그림설명]

그림 1 원시별 L1448 IRS3A와 L1448 IRS3B의 전파 관측 결과. 그림의 상단은 ‘L1448 IRS3A’ 원시별 주위의 원반 구조를 보여주며, 하단은 ‘L1448 IRS3B’ 원시별 주위의 원반 구조를 보여준다. 그리고 두 원반을 잇는 약 1800 AU(천문단위) 길이의 브리지(bridge) 구조가 나타남을 알 수 있다. 이 브리지(bridge) 구조는 두 별이 서로 근접 스침(플라이바이, flyby)하며 생겨난 구조이다.

그림 2 두 어린 별의 중력 상호작용을 재현한 시뮬레이션 스냅샷. 약 1,500 AU 거리에서 근접 스침이 일어난 후 약 1만 5천 년 뒤의 상태를 나타낸 것이다. 관측자가 하늘 면에서 바라본 방향(plane-of-sky, 좌)과 측면에서 바라본 방향(우)을 각각 보여준다. 근접 스침 이후 두 별 사이에 브리지 구조가 형성된 모습을 확인할 수 있다. (시뮬레이션 영상은 온라인 논문에서 확인할 수 있음.)