오늘은 행성을 만드는 여러가지 방법을 주제로 전통적인 행성 형성 이론과 새로운 접근법의 등장, 중력 불안정성 이론의 원리와 의미, 중력 불안정성 이론의 실증적 증거와 추가 연구 필요성에 대해 살표보겠습니다.
전통적인 행성 형성 이론과 새로운 접근법의 등장
천문학자들은 오랜 시간 동안 행성 형성에 있어서 "바텀 업" 방식이 일반적이라고 믿어왔습니다. 이 이론은 가스와 먼지가 어린 별 주변에 떠다니며, 수백만 년에 걸쳐 점차 서로 뭉쳐지고 중력을 통해 둥근 형태의 행성으로 성장한다고 설명합니다. 이 과정을 핵 축적 과정이라고도 하며, 물질이 작은 입자에서부터 점진적으로 모여 단단한 핵을 형성하고, 그 핵이 더 많은 물질을 끌어들이며 거대한 행성으로 성장한다는 방식입니다. 하지만 이러한 "바텀 업" 방식만이 행성 형성의 유일한 길이라는 생각에 변화가 찾아왔습니다. 최근 조지아 대학교의 캐산드라 홀 박사와 연구진은 "탑 다운" 방식이라고 불리는 대안적인 행성 형성 과정을 뒷받침하는 조건을 발견했습니다. 이들은 지구에서 약 508광년 떨어진 별 시스템에서 이와 같은 가능성을 시사하는 증거를 확보했습니다. 이 새로운 접근법에서는 별 주위를 도는 원반 물질이 자체 중력에 의해 빠르게 붕괴하고 뭉치면서 큰 행성으로 발전합니다. 기존 "바텀 업" 이론이 수백만 년이라는 긴 시간이 필요한 반면, "탑 다운" 방식에서는 몇 백 년 만에 행성 형성이 가능할 수도 있습니다. 이 중력 불안정성 이론은 기존의 핵 축적 이론으로는 설명하기 어려운 거대한 행성, 특히 멀리 떨어진 궤도를 도는 거대 가스 행성의 형성 과정을 설명하는 데 새로운 해답을 제공할 수 있습니다.
중력 불안정성 이론의 원리와 의미
중력 불안정성은 어린 별 주위를 둘러싼 원시 행성 원반에서 발생하는 독특한 현상입니다. 원시 행성 원반은 어린 별 주위를 도는 거대한 물질의 집합체로, 일반적으로 별의 중력에 의해 안정된 궤도를 유지하며 회전합니다. 그러나 원반의 크기가 충분히 크고 밀도가 높아지면 별의 중력 외에도 자체 중력의 영향을 받게 되며, 이로 인해 원반 내의 중력 불안정성이 발생할 수 있습니다. 이 과정에서 밀도가 높은 특정 영역이 나선형 팔로 나타나며, 이 팔은 소용돌이치는 구름 속에 위치한 허리케인의 중심과 유사한 모습으로, 마치 별이 그 중심에 위치한 것처럼 보입니다. 연구에 따르면, 이러한 나선형 팔이 충분한 물질을 끌어모으게 되면 고밀도의 영역이 분열되어 별도로 뭉쳐지면서 거대한 가스 행성으로 발전할 수 있습니다. 제스 스피디 연구원은 이번 연구에서 예측한 중력 불안정성의 패턴이 실제로 관찰됨으로써, 수백만 년이 소요되는 기존의 "바텀 업" 방식 외에도 몇 백 년 만에 행성이 형성될 수 있는 가능성을 시사했다고 밝혔습니다. 특히, 중력 불안정성 이론은 기존 이론으로는 설명하기 어려운 거대한 가스 행성의 빠른 형성과 원거리 궤도에서의 존재를 설명할 수 있어, 기존의 행성 형성 이론에 중요한 추가적 의미를 제공합니다.
중력 불안정성 이론의 실증적 증거와 추가 연구 필요성
연구진은 중력 불안정성이 실제로 행성을 형성할 수 있는지를 확인하기 위해, 아타카마 대형 전파 망원경(ALMA)을 활용해 AB Aurigae라는 별을 관찰했습니다. 이 별 주위의 원반에서 중력 불안정성 이론에서 예측된 특유의 속도 패턴을 발견한 결과, 원반이 중력 불안정성에 의해 영향을 받고 있음을 확인할 수 있었습니다. 이는 기존 핵 축적 이론으로는 설명하기 어려운 먼 거리의 거대한 행성 형성 과정을 실증하는 중요한 자료로 평가됩니다. 예를 들어, AB Aurigae 주위에서는 태양계의 목성보다도 9배 이상 큰 질량을 가진 행성이 약 8.6억 마일 떨어진 지점에서 형성 중인 것으로 관찰되었으며, 이는 기존 이론으로는 설명할 수 없는 거리와 크기입니다. 이처럼 중력 불안정성에 의한 행성 형성 가능성이 입증되면서, 기존 이론을 보완하는 중요한 증거가 확보된 셈입니다. 하지만 미시간 대학교의 천문학자 리 하트만 박사는 이번 연구가 매우 타당하며 새로운 가능성을 제시하고는 있지만, 여전히 추가 연구가 필요하다고 언급했습니다. 그는 이번 연구가 새로운 행성 형성 모델을 뒷받침하는 중요한 시작점이지만, 더 정밀한 관측을 통해 더 많은 증거가 필요하며, 이 모델이 더욱 견고하게 자리잡기 위해서는 몇 가지 추가적인 연구와 검토가 이루어져야 한다고 말했습니다.