행성은 별이 완성되기 전에 형성되기 시작할 수 있습니다.

사우스웨스트 연구소(Southwest Research Institute) 과학자들은 TRAPPIST-1과 같은 밀집 외계 행성계의 형성을 설명하는 새로운 모델을 개발했습니다. TRAPPIST-1은 항성 주위를 매우 좁은 궤도로 공전하는 여러 개의 암석 행성을 포함하고 있습니다. 이와 대조적으로 우리 태양계는 훨씬 더 광활하며 수성 궤도 내부에는 행성이 없습니다. 출처: NASA/JPL-Caltech

별과 행성의 형성은 대체로 별개의 순차적인 과정으로 여겨져 왔습니다. 그러나 새로운 연구에서 사우스웨스트 연구소(SwRI)의 과학자들은 행성이 이전에 가정했던 것처럼 별 형성 단계가 끝난 후가 아니라, 초기 단계, 즉 별 형성의 마지막 단계에서 발달을 시작하는 다른 시나리오를 모델링했습니다.

알려진 수천 개의 외계행성 중에는 각 행성이 중심별을 매우 가까이 공전하는 밀집 행성계가 다수 존재합니다. 이는 수성보다 가까운 행성이 없는 우리 태양계와는 대조적입니다. 흥미롭게도, 밀집 행성계에서 각 행성계의 총 질량은 모항성의 질량 대비 수백 개의 행성계에서 놀라울 정도로 일정합니다. 이러한 공통 질량 비율의 원인은 여전히 ​​미스터리로 남아 있습니다.

콜로라도주 볼더에 있는 남서연구소(SwRI) 태양계 과학 및 탐사부의 랄루카 루푸 박사와 로빈 캐넙 박사는 첨단 시뮬레이션을 사용하여, 초기 형성 당시 생존했던 행성들이 밀집 행성계의 여러 특징, 즉 좁은 행성 궤도와 공통된 질량비와 일치함을 보여주었습니다. 초기 행성 성장은 아타카마 대형 밀리미터 배열(ALMA) 망원경이 관측한 어린 별 주위 원반의 이전 관측 결과와도 일치합니다.

세이건 펠로우이자 이 연구를 설명하는 네이처 커뮤니케이션즈 논문의 주저자인 루푸는 "밀집계는 외계 행성 과학의 가장 큰 미스터리 중 하나입니다."라고 말했습니다. "밀집계에는 완두콩알처럼 비슷한 크기의 암석 행성들이 여러 개 포함되어 있으며, 우리 태양계 행성들과는 매우 다른 공통 질량 비율을 가지고 있습니다."

"흥미롭게도, 밀집 외계 행성계에서 관찰되는 일반적인 질량비는 가스 행성의 위성계와 유사합니다. 이 위성들은 가스 행성이 최종적으로 형성될 때 발달한 것으로 추정됩니다. 이는 밀집 외계 행성계가 유사한 기저 과정을 반영할 수 있다는 강력한 단서로 보입니다."라고 캐눕은 말했습니다.

별은 가스와 먼지로 이루어진 분자 구름이 자체 중력에 의해 붕괴하면서 형성됩니다. 구름에서 나온 물질이 중심별을 향해 떨어지면서, 먼저 별 주위를 도는 별주위 원반에 쌓입니다. 떨어지기가 끝나면 원반은 수백만 년 동안 지속되다가 가스가 흩어집니다. 행성은 원반 안에서 형성되며, 먼지 입자 간의 충돌과 축적으로 시작하여 중력에 의한 행성들의 집합으로 끝납니다.

"전통적으로 행성 조립은 별의 유입이 끝난 후에 시작되었다고 가정되어 왔습니다. 그러나 최근 ALMA 관측 결과는 행성의 강착, 즉 형성이 그보다 더 일찍 시작되었을 가능성을 시사하는 강력한 증거를 제시합니다."라고 루푸는 말했습니다. "우리는 밀집 행성계가 유입의 마지막 단계에서 발생한 행성 강착의 잔해라고 생각합니다."

새로운 수치 시뮬레이션에 따르면, 행성이 항성으로 떨어지는 동안 성장하는 행성은 암석 물질을 모으는 동시에 주변 원반 가스와의 상호작용을 통해 궤도가 점차 안쪽으로 나선형으로 휘어집니다. 행성이 질량을 얻으면 안쪽 궤도 이동이 가속화되어 임계 질량 이상의 행성은 항성으로 떨어지고 소멸됩니다. 행성의 성장과 손실 사이의 이러한 균형은 항성으로 떨어지는 조건과 원반 조건에 따라 결정되는 특징적인 질량을 가진 유사한 크기의 행성을 생성하는 경향이 있습니다.

캐넙은 "충돌 과정에서 모항성으로 흡수되는 행성들은 가스 원반이 흩어지고 궤도 이동이 끝날 때까지 생존할 수 있다는 것을 발견했습니다."라고 말했습니다. "중요한 것은, 다양한 조건에서 생존하는 행성계의 질량이 모항성의 질량에 비례한다는 것입니다. 이는 관측된 다중 행성 밀집 행성계의 유사한 질량 비율을 처음으로 설명하는 것입니다."

구상된 과정은 목성과 같은 거대 행성 주위에서 위성이 형성되는 방식과 유사합니다. 위성은 행성을 둘러싼 원반 내에서 성장하며, 이 원반은 별 주위 원반에서 유입되는 가스와 먼지 물질로 채워집니다. 중요한 차이점은 시기에 있습니다. 위성을 형성하는 원반은 유입이 멈추면 빠르게 흩어지는 반면, 별 주위에서 행성을 형성하는 원반은 최대 수백만 년까지 지속될 수 있습니다. 이러한 미묘한 차이로 인해 고밀도 행성계의 질량비는 가스 행성계보다 다소 낮습니다.

연구팀은 "젊은 디스크의 초기 조립 과정이 매우 다른 규모에서도 비슷한 방식으로 작동할 수 있다는 것을 보는 것은 흥미로운 일"이라고 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250609121632.htm