태양계는 우리의 가까운 우주 이웃입니다. 태양을 중심으로 수성, 금성, 지구, 화성, 소행성대, 가스 행성인 목성과 토성, 얼음 행성인 천왕성과 해왕성, 마지막으로 혜성이 있는 카이퍼 벨트까지 인데 오늘은 우리와 아주 가까운 이웃 태양계에 대해 알아보겠습니다.
거대 행성과 소행성
우리는 우리 고향을 얼마나 잘 알고 있을까요? 이전의 이론은 거대 행성이 소행성과 같은 천체, 소위 행성시물체의 충돌과 축적, 그리고 수백만 년 동안의 가스 첨가에 의해 형성된다고 가정해 왔습니다. 그러나 이러한 모델은 별에서 멀리 떨어진 가스 거성의 존재나 천왕성과 해왕성의 형성을 설명하지 못합니다.
먼지 알갱이에서 거대한 행성으로 LMU, 오리진스 성단, MPS의 천체 물리학자들은 행성 형성에 필요한 모든 물리적 과정을 통합하는 최초의 모델을 개발했습니다. 이 모델을 사용하여 그들은 원시 행성 원반의 환형 섭동, 소위 하부 구조가 여러 가스 거성의 빠른 형성을 촉발할 수 있음을 보여주었습니다.
이 연구 결과는 최신 관측 결과와 일치하며 거대 행성의 형성이 이전에 생각했던 것보다 더 효율적이고 빠르게 일어날 수 있음을 나타냅니다. 이 연구는 천문학 및 천체물리학 저널에 게재되었습니다.
연구진은 모델을 통해 밀리미터 크기의 먼지 입자가 난류 가스 원반에 어떻게 공기역학적으로 축적되는지, 그리고 원반의 초기 섭동이 어떻게 먼지를 가두고 별 방향으로 사라지는 것을 방지하는지 설명합니다. 이러한 축적은 행성의 성장을 매우 효율적으로 만들며, 좁은 지역 내에서 갑자기 많은 “건축 자재”를 사용할 수 있고 행성 형성에 적합한 조건이 존재하기 때문입니다.
행성이 원반에 미친 영향
“행성이 가스 원반에 영향을 미칠 만큼 충분히 커지면 원반 바깥쪽에서 먼지가 다시 농축됩니다."라고 LMU의 이론 천체 물리학 교수이자 ORIGINS 우수 클러스터의 회원인 틸 번스티엘(Til Birnstiel)은 설명합니다. “이 과정에서 행성은 마치 양떼를 쫓는 양치기 개처럼 먼지를 자신의 궤도 바깥 지역으로 몰아냅니다.”
이 과정은 내부에서 외부로 새롭게 시작되며 또 다른 거대한 행성이 형성될 수 있습니다. “시뮬레이션을 통해 미세먼지가 거대 행성으로 성장하는 과정을 추적한 것은 이번이 처음입니다."라고 이 연구의 수석 저자이자 LMU의 박사 과정 학생인 토미 치호 라우는 설명합니다.
우리 태양계와 다른 태양계의 다양한 가스 거성들
우리 태양계에서 가스 거성은 태양으로부터 약 5천문단위(au)(목성)에서 30천문단위(au)(해왕성)의 거리에 위치해 있습니다. 비교를 위해 지구는 태양에서 약 1억 5천만 킬로미터 떨어져 있으며, 이는 1au에 해당합니다.
이 연구는 다른 행성계에서는 섭동이 훨씬 더 먼 거리에서도 매우 빠르게 일어날 수 있음을 보여줍니다. 이러한 시스템은 최근 몇 년 동안 ALMA 전파 천문대에서 자주 관측되어 200 au 이상의 거리에서 젊은 원반에서 거대 가스를 발견했습니다. 그러나이 모델은 또한 해왕성 이후 태양계가 추가 행성 형성을 중단 한 이유를 설명합니다. 건축 자재가 단순히 소진 된 것입니다.
이 연구 결과는 원반에 뚜렷한 하부 구조가 있는 젊은 행성계에 대한 현재 관측 결과와 일치합니다. 이러한 하부 구조는 행성 형성에 결정적인 역할을 합니다. 이 연구는 거대 행성과 가스 거성의 형성이 이전에 가정했던 것보다 더 효율적이고 빠르게 진행된다는 것을 나타냅니다.
이러한 새로운 통찰력은 태양계 거대 행성의 기원과 발달에 대한 이해를 개선하고 관측된 행성계의 다양성을 설명할 수 있습니다.