how dying stars bring new planets ot life <천문학 세미나>

 많은 천문학자들이나 미래학자들은 매우 먼 미래의 지구와 solar system의 변화를 연구해 왔다. 우리의 궁극적인 운명은 과연 어떻게 될 것인가에 대한 해답을 찾기 위해서 그들은 외부의 exoplanets 을 관측했다. 특히 항성이 main sequence가 아닌 진화를 많이 한 항성들의 planet system을 중점적으로 관측했다.

 그런데 매우 extreme하고 dynamic한 environment에서 행성이 생성되거나 또는 행성이 존재하지 않으리라고 예상한 곳에서도 행성들이 발견되었다. 매우 충격적인 이 관측 사실을 토대로 과학자들은 기존에 존재하던 우리 solar system의 운명 시나리오를 다시 고려하기 시작한다.

 보통 행성이 생성되는 환경은 이론적으로나 관측적으로나 interstellar matter(Dust, Gas)가 dense하게 존재한 nebula region이라고 알려져 있다. 보통 'Nebular hypothesis'라고 하는데 외부의 강한 shock을 통해 dence하게 물질들이 존재하는 어느 특정지역에서 중력붕괴가 일어나고, 주위 물질들을 빨아드린다. 그 과정중에 중력붕괴가 일어나는 주위의 물질들은 각운동량을 갖게 되어 그냥 떨어지는 것이 아니라 나선형을 그리며 공전운동을 한다. 그 곳을 Disk라고 한다. 

 Disk가 바로 planet formation 의 직접적인 증거라고 할 수 있다.  그 중에서도 Proplyd(원시성주위에 원시행성계 원반)을 near infrared로 보려고 노력했다. 

  

 그런데 pulsar나 white dwarf 같은 곳에서도 planet formation의 간접적인 증거, 혹은 accretion disk의 존재에 대한 관측적인 증거들이 최근 들어 서서히 나오고 있다.

 우선 white dwarf 이다.  우주에 존재하는 항성계들은 우리 태양처럼 isolated 된 system보다는 binary system이 더 많다. 그 중에서 만약 비슷한 질량을 갖고 진화를 거의 비슷하게 한 white dwarf 의 쌍성계가 있다고 하면 이곳에서 planet formation이 일어날 수 있다는 이론이 나왔다.  이런 항성계를 제시한 이유는 이런 environment 에서 disk가 만들어질 수 있기 때문이다. 그에 해당하는 관측적인 증거가 GD362이다. 

위의 그래프를 에서 가로축은 frequency를 Log scale로 나타낸 것이고, 세로축은 flux를 역시 log  scale로 표현한 것이다.

GD 362의 분광을 보면 이런 그래프를 볼 수가 있다는 것이다.

 그래프에서 Point line은 GD362가 97740K라는 유효온도를 갖는 black body라고 가정했을 때 진동수가 변화함에 따른 플럭스의 변화를 나타낸 이론적인 line이다.  frequency가 감소 할 수록 그 flux값도 감소한다는 planck function을 따른다.

 그리고 Dashed line은 GD362 근처에 Disk만 존재한다고 할 때의 frequency와 flux의 관계이다.

 마지막으로 진짜 관측적인 line은 진하고 굵게 나타난 line이다. 만약 white dwarf만 있다면 그래프에서의 line은 point line처럼 나타나야 하지만 frequency가 감소하는 곳에서 어떤 source때문에 flux가증가하는 것을 볼 수 있다. 이것이 바로 disk가 있다는 증거이다.

이와 같은 관측적인 증거는 white dwarf 뿐만 아니라 pulsar에서도 나타나고 있다. 

위 그래프에서 주위해서 봐야 할 점은 가로축이 frequency가 아닌 wavelength 라는 점이다.(  frequency는 wavelength와 반비례 관계이다.)

Disk의 존재 뿐만 아니라 planet의 존재에 대한 관측적인 증거도 나왔다.

 Super nova가 생기고 때, 강력한 에너지는 전 방향으로 퍼짐으로서 항성 근처에 있었던 물질들을 모두 날려버린다. 

 그런데 pulsar에서 planet이 발견되었다.!!

 아마 Super nova이후에 퍼진 물질들이 다시 pulsar의 강력한 중력에 의해 잡히면서 다시 빨려 들어가고 이것들이 disk를 만들고 여기서 planet formation이 생긴 것으로 추측된다.

 결국 proto star가 아니더라도 만약 항상 주위에 disk가 있다면 그 곳에서 planet formation이 일어날 수 있다는 가능성을 알 수 있다. 그리고 그 planet formation을 만드는 기본적인 물리적 작용과 법칙은 결국 disk에서 시작한다는 점에서 똑같다는 결론을 얻었다.

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 매우 생소한 주제였고, 이 파트에 대한 중심 화두나, 흐름을 잡기가 매우 어려웠다. 발표는 끝났지만 아쉬움이 많이 남는다.

위의 PPT Image는 내가 만든 것이다..