떠돌이 행성급 천체, 혼돈 속에서 탄생하다

별과 행성의 중간 질량을 가진 천체인 행성급 천체(PMO)는 별에 속박되지 않고 우주 공간을 자유롭게 떠도는 존재로, 목성 질량의 13배 미만이라는 특징을 갖습니다. 이 신비로운 천체들은 오리온 성운의 트라페지움 성단과 같은 젊은 별들의 집단에서 다수 발견되었지만, 그 기원에 대해서는 과학자들 사이에서 오랫동안 논쟁이 이어져 왔습니다. 기존의 이론들은 이들이 실패한 별이거나 태양계에서 튕겨져 나온 행성일 가능성을 제시했지만, 명확한 해답을 제시하지 못했습니다.

 

 

 

젊은 별무리 역동성의 결과

최근 취리히 대학교를 포함한 국제 천문학 연구팀은 첨단 시뮬레이션을 통해 이러한 수수께끼 같은 천체들이 젊은 별 무리의 혼란스러운 역동성과 관련이 있다는 사실을 밝혀냈습니다. 연구팀은 높은 해상도의 유체역학 시뮬레이션을 사용하여 젊은 별을 둘러싼 가스와 먼지의 회전 고리인 원시 행성계 원반 사이의 근접 조우를 재현했습니다. 이 시뮬레이션 결과, 행성급 천체들이 젊은 별 주변의 원반들 사이의 격렬한 상호작용으로부터 직접적으로 형성될 수 있다는 것을 보여주었습니다.

 

 

새로운 형성 과정의 발견

취리히 대학교의 루치오 마이어 교수는 "행성급 천체는 기존의 별이나 행성 분류에 정확히 들어맞지 않습니다. 우리의 시뮬레이션은 이들이 완전히 다른 과정을 통해 형성되었을 가능성을 보여줍니다."라고 설명했습니다. 즉, 행성급 천체는 기존의 별이나 행성 형성 이론으로는 설명할 수 없는 새로운 유형의 천체이며, 이들의 형성은 젊은 별무리 내부의 역동적인 상호작용과 밀접한 관련이 있다는 것입니다. 취리히 대학교, 홍콩 대학교, 상하이 천문대, 캘리포니아 대학교 산타크루즈의 연구팀은 이러한 시뮬레이션을 통해 행성급 천체의 기원을 밝혀내는 데 성공했습니다. 이 연구 결과는 행성급 천체가 별이나 행성처럼 중심별의 중력에 묶여 형성되는 것이 아니라, 젊은 별무리 내부의 혼란스러운 환경에서 원반 간의 충돌과 상호작용을 통해 탄생할 수 있다는 새로운 가능성을 제시합니다.

 

 

 

원반 간의 중력 상호작용, 행성급 천체 탄생의 열쇠

젊은 별 주변의 원반들이 서로 가까이 지나갈 때, 그들의 중력 상호작용은 가스를 길게 늘이고 압축하여 "조석 교량"이라는 형태를 만듭니다. 시뮬레이션 결과, 이 조석 교량은 밀도가 높은 필라멘트로 붕괴되고, 이 필라멘트는 다시 응축된 핵으로 분열되는 것으로 나타났습니다. 필라멘트의 질량이 안정성을 위한 임계값을 초과하면, 약 10개의 목성 질량에 해당하는 행성급 천체(PMO)를 생성합니다. 놀랍게도, 행성급 천체의 최대 14%는 쌍 또는 삼중으로 형성되어, 일부 성단에서 행성급 천체 쌍성이 높은 비율로 발견되는 이유를 설명할 수 있습니다.

 

 

 

밀집된 환경, 행성급 천체의 요람

트라페지움 성단과 같은 밀집된 환경에서 빈번하게 발생하는 원반의 조우는 수백 개의 행성급 천체를 만들어낼 수 있습니다. 행성급 천체는 별과 함께 형성되며, 원시 행성계 원반의 외부 가장자리에서 물질을 물려받습니다. 튕겨져 나온 행성과는 달리, 행성급 천체는 모성단의 별들과 동기화되어 움직입니다. 많은 행성급 천체가 가스 원반을 유지하고 있어, 이 떠돌이 천체 주변에서 달이나 심지어 행성이 형성될 가능성을 시사합니다.

 

 

우주 다양성에 대한 새로운 시각

공동 저자인 루치오 마이어 교수는 "이 발견은 우리가 우주 다양성을 바라보는 방식을 부분적으로 재구성합니다. 행성급 천체는 별 형성 구름의 원료나 행성 형성 과정을 통해 태어나는 것이 아니라, 원반 충돌의 중력적 혼돈으로부터 탄생하는 세 번째 종류의 천체를 대표할 수 있습니다."라고 말했습니다. 이는 행성급 천체가 기존의 별이나 행성 형성 이론으로는 설명할 수 없는 새로운 유형의 천체이며, 이들의 형성은 젊은 별무리 내부의 혼란스러운 환경에서 원반 간의 충돌과 상호작용을 통해 탄생할 수 있다는 새로운 가능성을 제시합니다. 이러한 발견은 우주의 다양한 천체 형성에 대한 이해를 넓히고, 행성급 천체가 우주에 얼마나 흔하게 존재할 수 있는지에 대한 새로운 질문을 던집니다.