빠른 행성 형성의 열쇠

LMU 연구진은 목성과 같은 거대 행성의 형성을 설명하기 위한 새로운 모델을 개발했습니다. 이는 행성 형성 과정에 대한 더 깊은 통찰력을 제공하고 행성계에 대한 이해를 넓힐 수 있습니다.

우리 태양계는 바로 우리 우주의 이웃입니다. 우리는 그것을 잘 알고 있습니다: 태양이 중심에 있습니다. 다음은 암석 행성인 수성, 금성, 지구, 화성입니다. 그리고 소행성대; 그 다음에는 거대 가스 행성인 목성과 토성이 있습니다. 다음은 얼음 거인 천왕성과 해왕성; 마지막으로 혜성이 있는 카이퍼 벨트입니다. 하지만 우리는 우리 집을 얼마나 잘 알고 있을까요? 이전 이론에서는 소행성과 같은 천체, 이른바 소행성체의 충돌과 축적, 그리고 수백만 년에 걸친 가스의 강착에 의해 거대 행성이 형성된다고 가정했습니다. 그러나 이 모델은 별에서 멀리 떨어진 가스 거인의 존재나 천왕성과 해왕성의 형성을 설명하지 못합니다.

먼지알에서 거대 행성까지

LMU, ORIGINS 클러스터 및 MPS의 천체 물리학자들은 행성 형성에 중요한 역할을 하는 모든 필수 물리적 과정을 통합하는 최초의 모델을 개발했습니다. 이 모델을 사용하여 그들은 소위 하위 구조라고 불리는 원시행성 원반의 환상 섭동이 여러 가스 거인의 급속한 형성을 촉발할 수 있음을 보여주었습니다. 연구 결과는 최근 관측과 일치하며 거대 행성의 형성이 이전에 생각했던 것보다 더 효율적이고 빠르게 일어날 수 있음을 나타냅니다.

연구진은 그들의 모델을 통해 어떻게 밀리미터 크기의 먼지 입자가 난류 가스 원반에 공기역학적으로 축적되는지, 그리고 디스크의 초기 교란이 먼지를 가두어 별 방향으로 사라지는 것을 방지하는 방법을 보여줍니다. 이러한 축적은 행성의 성장을 매우 효율적으로 만듭니다. 갑자기 많은 "건축 자재"가 좁은 공간 내에서 이용 가능하고 행성 형성에 적합한 조건이 존재하기 때문입니다.

LMU의 이론 천체물리학 교수이자 ORIGINS Cluster of Excellence의 회원인 Til Birnstiel은 "행성이 가스 원반에 영향을 미칠 만큼 커지면 원반 외부에 새로운 먼지가 농축되게 됩니다."라고 설명합니다. "그 과정에서 행성은 양 떼를 쫓는 양치기처럼 먼지를 자신의 궤도 바깥 지역으로 몰아냅니다." 이 과정은 내부에서 외부로 새로 시작되며 또 다른 거대한 행성이 형성될 수 있습니다. 이번 연구의 주 저자이자 LMU의 박사 과정 후보자인 Tommy Chi Ho Lau는 "미세 먼지가 거대 행성으로 성장하는 과정을 시뮬레이션으로 추적한 것은 이번이 처음입니다"라고 말했습니다.

우리 태양계와 다른 태양계의 다양한 가스 거인

우리 태양계에서 가스 거인들은 태양으로부터 약 5 천문 단위(au)(목성)에서 30 au(해왕성)까지의 거리에 위치해 있습니다. 비교하자면, 지구는 태양으로부터 약 1억 5천만 킬로미터 떨어져 있으며, 이는 1au에 해당합니다.

이 연구는 다른 행성계에서 섭동이 훨씬 더 먼 거리에서 진행되는 과정을 설정할 수 있으며 여전히 매우 빠르게 발생할 수 있음을 보여줍니다. 이러한 시스템은 최근 몇 년 동안 ALMA 전파 천문대에 의해 자주 관찰되었으며, 200au 이상의 거리에 있는 젊은 원반에서 가스 거인을 발견했습니다. 그러나 이 모델은 또한 왜 우리 태양계가 해왕성 이후 추가 행성 형성을 중단했는지 설명합니다. 즉, 건축 자재가 단순히 소진되었습니다.

연구 결과는 원반에 뚜렷한 하부 구조가 있는 젊은 행성계에 대한 현재 관찰과 일치합니다. 이러한 하부 구조는 행성 형성에 결정적인 역할을 합니다. 이번 연구는 거대 행성과 가스 거대 행성의 형성이 이전에 가정했던 것보다 훨씬 더 효율적이고 빠른 속도로 진행되고 있음을 보여줍니다. 이러한 새로운 통찰력은 우리 태양계에 있는 거대 행성의 기원과 발달에 대한 우리의 이해를 개선하고 관찰된 행성계의 다양성을 설명할 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240801121827.htm