행성 충돌로 대기권을 빼앗긴 외계 행성
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2021-10-24 08:23:29
3'00"읽기
- 별 주위의 일산화탄소 가스 고리는 치명적인 행성 충돌을 나타낸다.
- 행성계에서 주요 충돌을 찾는 새로운 접근 방식
폭력적인 충돌은 젊은 행성계에서 흔한 일이다. 이것은 초기 태양계에서도 마찬가지였다.
행성 연구자들은 수성, 금성, 지구, 목성, 천왕성이 한때 그러한 충돌을 경험했다고 생각한다. 지구에서 약 45억 년 전 원시 행성 테이아(Theia)와의 충돌로 우리 행성의 일부와 충돌체가 증발하고 파편이 지구의 달을 형성했다.
특이한 기능을 가진 먼지 디스크
MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 타자나 쉬나이더맨(Tajana Schneiderman)과 함께 일하는 천문학자들은 행성 충돌의 또 다른 결과를 발견할 수 있었다. 사건의 현장은 우리에게서 약 95광년 떨어진 젊은 별 HD 172555이다.
몇 년 전, 천문학자들은 주변에서 특이한 특징을 지닌 먼지 원반을 발견했다.
무엇보다도, 스펙트럼 측정은 특히 미세한 입자 크기와 유리질 경화 규산염 및 일산화규소를 나타낸다. 둘 다 젊은 별 주위의 먼지 원반에서는 다소 이례적인 것이다.
"이 두 가지 특징 때문에 HD 172555는 미스터리였다"고 Schneiderman은 말했다.
문제의 근원을 파악하기 위해 그녀와 팀은 칠레의 ALMA(Large Millimeter/Submillimeter Array) 전파 망원경으로 별과 먼지 원반을 표적으로 삼았다. 먼지와 가스는 전파 범위에서 특별한 스펙트럼 신호를 생성하기 때문에 먼지 디스크의 구조와 구성에 대한 자세한 정보를 알려준다.
일산화탄소 고리
분석 결과 놀라운 사실이 밝혀졌다.
먼지 고리에는 고밀도 일산화탄소 가스(CO)가 감지될 수 있는 영역이 있다. 이 가스 고리는 별에서 3.3에서 7.5천문 단위의 거리에 있으며 놀라울 정도로 가깝다. 천문학자들이 설명하듯이 이 거리에서 별의 복사는 일산화탄소가 매우 빠르게 붕괴되도록 해야 하기 때문이다. 따라서 일반적으로 먼지 원반이나 행성계 내부에는 CO 가스가 거의 없다.
"따라서 별에 매우 가까운 일산화탄소의 존재는 설명이 필요하다"고 Schneidermann은 말했다. 한 가지 가능성은 예를 들어 외부 시스템에서 떨어지는 소행성이나 혜성과 충돌하여 CO 가스가 지속적으로 보충되는 것이다. 그러나 팀이 모델 계산을 통해 발견한 것처럼 두 시나리오 모두 먼지 원반과 별의 기능과 일치하지 않는다.
CO 소스로서의 충돌?
또 다른 가능성이 있다. 일산화탄소는 두 개의 원시 행성이 별 주위를 도는 궤도에서 충돌할 때 방출되었을 수 있다. Schneiderman은 "모든 시나리오 중에서 이것이 관측 데이터의 모든 특성을 설명할 수 있는 유일한 시나리오다. 시간의 지평선은 별의 나이와 시스템의 형태학적, 화학적 매개변수에 적합하다"고 설명했다.
이 시나리오에서, 큰 가스 고리를 가진 지구 크기의 행성은 고속으로 더 작은 원시 행성에 의해 충돌해야 했다. 이 충돌은 너무 많은 에너지를 방출해 더 큰 행성에 있는 대부분의 가스 봉투가 찢어져 우주로 던져졌다. 천문학자들은 "시스템에서 감지된 CO 질량은 지구 대기 질량의 약 10배에 해당하며 이는 행성 대기로부터의 충돌 관련 방출과 일치한다"고 기록했다.
젊은 행성은 대기를 잃었다.
따라서 HD 172555 주변의 특이한 먼지 원반과 일산화탄소 가스 고리는 가스가 풍부한 젊은 외계행성이 대기를 잃은 행성 재앙의 유산이다. 연구팀의 계산에 따르면 이 충돌은 약 20만 년 전에 발생했을 수 있다. 이것이 CO 가스가 아직 항성 복사에 의해 완전히 분해되지 않은 이유다.
Schneiderman은 "충돌로 인해 찢겨진 행성의 대기를 감지한 것은 이번이 처음이다"고 말했다. 팀은 이 현상의 발견이 큰 충돌과 충돌이 다른 많은 경우에 행성의 대기를 박탈할 수 있음을 시사하며, 이러한 사건 중 적어도 일부는 기체의 여파로 인식할 수 있다고 믿는다.
Schneiderman은 "이것은 행성계에서 주요 충돌을 찾는 새로운 접근 방식을 알려준다"고 말했다. 동시에 HD 172555 주변의 관측은 그러한 행성 재앙의 가스와 잔해의 성질과 그것들이 어떻게 발전하는지에 대한 귀중한 정보를 제공한다.
(Nature, 2021; doi: 10.1038 / s41586-021-03872-x)
출처: Massachusetts Institute of Technology
- 별 주위의 일산화탄소 가스 고리는 치명적인 행성 충돌을 나타낸다.
- 행성계에서 주요 충돌을 찾는 새로운 접근 방식
충돌로 인해 대기권을 빼앗긴 외계행성
별 주위의 일산화탄소 가스 고리는 치명적인 행성 충돌을 나타낸다.
행성 재앙:
심각한 충돌로 인해 외행성 주변에서 대기의 많은 부분이 사라졌을 수 있다.
약 95광년 떨어진 별 주위에 먼지와 일산화탄소로 이루어진 특이한 구름으로 나타난다. 가스 링의 위치와 구성은 이 가스가 행성의 껍질에서 나왔고 고속 충돌로 우주 공간으로 찢어졌음을 나타낸다. 천문학자들이 10월 21일 저널 "네이처" 온라인에 발표한 내용이다.
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| ▲ 20만 년 전 거대한 충돌로 젊은 외계 행성의 대기가 우주로 나왔다. © Mark A. Garlick |
폭력적인 충돌은 젊은 행성계에서 흔한 일이다. 이것은 초기 태양계에서도 마찬가지였다.
행성 연구자들은 수성, 금성, 지구, 목성, 천왕성이 한때 그러한 충돌을 경험했다고 생각한다. 지구에서 약 45억 년 전 원시 행성 테이아(Theia)와의 충돌로 우리 행성의 일부와 충돌체가 증발하고 파편이 지구의 달을 형성했다.
특이한 기능을 가진 먼지 디스크
MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 타자나 쉬나이더맨(Tajana Schneiderman)과 함께 일하는 천문학자들은 행성 충돌의 또 다른 결과를 발견할 수 있었다. 사건의 현장은 우리에게서 약 95광년 떨어진 젊은 별 HD 172555이다.
몇 년 전, 천문학자들은 주변에서 특이한 특징을 지닌 먼지 원반을 발견했다.
무엇보다도, 스펙트럼 측정은 특히 미세한 입자 크기와 유리질 경화 규산염 및 일산화규소를 나타낸다. 둘 다 젊은 별 주위의 먼지 원반에서는 다소 이례적인 것이다.
"이 두 가지 특징 때문에 HD 172555는 미스터리였다"고 Schneiderman은 말했다.
문제의 근원을 파악하기 위해 그녀와 팀은 칠레의 ALMA(Large Millimeter/Submillimeter Array) 전파 망원경으로 별과 먼지 원반을 표적으로 삼았다. 먼지와 가스는 전파 범위에서 특별한 스펙트럼 신호를 생성하기 때문에 먼지 디스크의 구조와 구성에 대한 자세한 정보를 알려준다.
일산화탄소 고리
분석 결과 놀라운 사실이 밝혀졌다.
먼지 고리에는 고밀도 일산화탄소 가스(CO)가 감지될 수 있는 영역이 있다. 이 가스 고리는 별에서 3.3에서 7.5천문 단위의 거리에 있으며 놀라울 정도로 가깝다. 천문학자들이 설명하듯이 이 거리에서 별의 복사는 일산화탄소가 매우 빠르게 붕괴되도록 해야 하기 때문이다. 따라서 일반적으로 먼지 원반이나 행성계 내부에는 CO 가스가 거의 없다.
"따라서 별에 매우 가까운 일산화탄소의 존재는 설명이 필요하다"고 Schneidermann은 말했다. 한 가지 가능성은 예를 들어 외부 시스템에서 떨어지는 소행성이나 혜성과 충돌하여 CO 가스가 지속적으로 보충되는 것이다. 그러나 팀이 모델 계산을 통해 발견한 것처럼 두 시나리오 모두 먼지 원반과 별의 기능과 일치하지 않는다.
CO 소스로서의 충돌?
또 다른 가능성이 있다. 일산화탄소는 두 개의 원시 행성이 별 주위를 도는 궤도에서 충돌할 때 방출되었을 수 있다. Schneiderman은 "모든 시나리오 중에서 이것이 관측 데이터의 모든 특성을 설명할 수 있는 유일한 시나리오다. 시간의 지평선은 별의 나이와 시스템의 형태학적, 화학적 매개변수에 적합하다"고 설명했다.
이 시나리오에서, 큰 가스 고리를 가진 지구 크기의 행성은 고속으로 더 작은 원시 행성에 의해 충돌해야 했다. 이 충돌은 너무 많은 에너지를 방출해 더 큰 행성에 있는 대부분의 가스 봉투가 찢어져 우주로 던져졌다. 천문학자들은 "시스템에서 감지된 CO 질량은 지구 대기 질량의 약 10배에 해당하며 이는 행성 대기로부터의 충돌 관련 방출과 일치한다"고 기록했다.
젊은 행성은 대기를 잃었다.
따라서 HD 172555 주변의 특이한 먼지 원반과 일산화탄소 가스 고리는 가스가 풍부한 젊은 외계행성이 대기를 잃은 행성 재앙의 유산이다. 연구팀의 계산에 따르면 이 충돌은 약 20만 년 전에 발생했을 수 있다. 이것이 CO 가스가 아직 항성 복사에 의해 완전히 분해되지 않은 이유다.
Schneiderman은 "충돌로 인해 찢겨진 행성의 대기를 감지한 것은 이번이 처음이다"고 말했다. 팀은 이 현상의 발견이 큰 충돌과 충돌이 다른 많은 경우에 행성의 대기를 박탈할 수 있음을 시사하며, 이러한 사건 중 적어도 일부는 기체의 여파로 인식할 수 있다고 믿는다.
Schneiderman은 "이것은 행성계에서 주요 충돌을 찾는 새로운 접근 방식을 알려준다"고 말했다. 동시에 HD 172555 주변의 관측은 그러한 행성 재앙의 가스와 잔해의 성질과 그것들이 어떻게 발전하는지에 대한 귀중한 정보를 제공한다.
(Nature, 2021; doi: 10.1038 / s41586-021-03872-x)
출처: Massachusetts Institute of Technology
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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