암석 행성은 실제로 어떻게 형성됩니까? 과학자들은 암석 행성 형성에 대한 통합 이론을 밝힙니다. 

[아름이]

암석 행성은 실제로 어떻게 형성됩니까?
과학자들은 암석 행성 형성에 대한 통합 이론을 밝힙니다.
날짜:
2023년 1월 12일
원천:
캘리포니아 공과대학
요약:
새로운 이론은 바위가 많은 슈퍼 지구 시스템의 기원과 특성, 그리고 태양계의 지구형 행성과의 관계를 설명할 수 있습니다.

암석 행성이 어떻게 형성되는지에 대한 새로운 이론은 은하계에서 가장 풍부한 유형의 행성인 지구보다 몇 배 더 큰 외계 행성인 소위 "슈퍼 지구"의 기원을 설명할 수 있습니다.

또한 단일 행성계 내의 슈퍼 지구가 마치 각 시스템이 단일 종류의 행성만 생성할 수 있는 것처럼 크기가 이상하게 비슷하게 보이는 이유를 설명할 수 있습니다.

"지난 10년 동안 외계 행성에 대한 우리의 관측이 증가함에 따라 행성 형성에 대한 표준 이론을 근본적인 것부터 수정해야 한다는 것이 분명해졌습니다. 우리는 지구 행성의 형성을 동시에 설명할 수 있는 이론이 필요합니다. 태양계뿐만 아니라 초지구의 자기유사한 시스템의 기원도 발견할 수 있습니다." 새로운 이론에 대한 프랑스의 Observatoire de la Côte d' Azur. 그들의 작업을 설명하는 논문은 1월 12일 Nature Astronomy 에 게재되었습니다.

행성 시스템은 수백만 년 정도에 걸쳐 통합되는 가스와 먼지의 거대한 회전 디스크로 수명주기를 시작합니다. 대부분의 가스는 시스템 중심의 별에 축적되는 반면 고체 물질은 소행성, 혜성, 행성 및 위성으로 천천히 합쳐집니다.

우리 태양계에는 두 가지 뚜렷한 유형의 행성이 있습니다. 태양에 가장 가까운 작은 암석 내부 행성과 태양에서 멀리 떨어진 외부의 더 큰 물과 수소가 풍부한 가스 거성입니다. 2021년 말 Nature Astronomy 에 발표된 이전 연구에서 이 이분법으로 인해 Morbidelli, Batygin 및 동료들은 우리 태양계의 행성 형성이 원형 행성 원반의 두 개의 뚜렷한 고리에서 발생했다고 제안했습니다. 더 거대한 얼음 행성(그 중 2개(목성과 토성)은 나중에 가스 거인으로 성장했습니다)을 위한 바깥쪽 행성이 형성되었습니다.

슈퍼지구는 이름에서 알 수 있듯이 지구보다 더 무겁습니다. 일부는 심지어 수소 대기를 가지고 있어 거의 가스 거인처럼 보입니다. 더욱이 그들은 종종 그들의 별에 가까운 궤도를 도는 것으로 발견되는데, 이는 그들이 더 먼 궤도에서 현재 위치로 이동했음을 암시합니다.

Morbidelli는 "몇 년 전 우리는 원형 행성 원반의 얼음 부분에서 슈퍼 지구가 형성되어 별 근처의 원반 내부 가장자리까지 이동하는 모델을 만들었습니다."라고 말했습니다. "이 모델은 슈퍼지구의 질량과 궤도를 설명할 수 있었지만 모두 물이 풍부하다고 예측했습니다. 그러나 최근 관측에 따르면 대부분의 슈퍼지구는 수소 대기에 둘러싸여 있어도 지구처럼 암석으로 이루어져 있습니다. 우리의 오래된 모델에 대한 사형선고였습니다."

지난 5년 동안 과학자로서 이야기는 더욱 이상해졌습니다. Caltech의 천문학 교수인 Andrew Howard가 이끄는 팀을 포함합니다. 노틀담 대학교 조교수 Lauren Weiss; 이전에 Caltech의 천문학에서 Sagan 박사후 연구원이자 현재 UCLA의 교수인 Erik Petigura는 이러한 외계 행성을 연구하고 특이한 발견을 했습니다. 단일 행성계 내에서 궤도 간격, 크기, 질량 및 기타 주요 기능 측면에서 유사한 경향이 있습니다.

"Lauren은 단일 행성계 내에서 슈퍼 지구가 '꼬투리 속의 완두콩'과 같다는 것을 발견했습니다. "기본적으로 한 질량의 행성을 만드는 방법만 알고 있는 행성 공장이 있고, 행성을 차례로 분출합니다."

그렇다면 어떤 단일 과정이 우리 태양계의 암석 행성뿐만 아니라 암석 슈퍼지구의 균일한 시스템을 발생시킬 수 있었을까요?

"답은 우리가 2020년에 알아낸 것과 관련이 있는 것으로 밝혀졌지만 더 광범위하게 행성 형성에 적용되는 것을 깨닫지 못했습니다."라고 Batygin은 말합니다.

2020년 Batygin과 Morbidelli는 목성의 4대 위성(Io, Europa, Ganymede 및 Callisto)의 형성에 대한 새로운 이론을 제안했습니다. 본질적으로 그들은 특정 크기 범위의 먼지 알갱이에 대해 목성을 향해 알갱이를 끌어당기는 힘과 그 알갱이를 외부 가스 흐름으로 운반하는 힘(또는 연행)이 서로 완벽하게 상쇄된다는 것을 입증했습니다. 이러한 힘의 균형은 후속 위성 형성을 위한 견고한 빌딩 블록을 구성하는 물질 고리를 만들었습니다. 또한, 이 이론은 물체가 가스 구동 이동으로 인해 링을 빠져나갈 수 있을 만큼 충분히 커질 때까지 링에서 몸이 성장할 것이라고 제안합니다. 그 후 그들은 성장을 멈추는데, 이는 프로세스가 비슷한 크기의 몸체를 생성하는 이유를 설명합니다.

그들의 새로운 논문에서 Batygin과 Morbidelli는 별 주위에 행성을 형성하는 메커니즘이 대체로 동일하다고 제안합니다. 행성의 경우, 고체 암석 물질의 대규모 집중은 규산염 승화선이라고 하는 디스크의 좁은 밴드에서 발생합니다. 이 영역은 규산염 증기가 응축되어 단단한 암석 자갈을 형성합니다. "당신이 먼지 알갱이라면 가스가 조금 더 천천히 궤도를 돌고 별을 향해 나선형으로 움직이기 때문에 원반에서 상당한 역풍을 느낄 것입니다. 팽창하는 디스크의 가스. 따라서 증기에서 고체로 변하는 곳이 물질이 축적되는 곳입니다."라고 Batygin은 말합니다.

새로운 이론은 이 밴드를 시간이 지남에 따라 비슷한 크기의 암석 행성을 여러 개 생성할 수 있는 "행성 공장"의 가능성이 있는 사이트로 식별합니다. 더욱이 행성이 충분히 거대해짐에 따라 원반과의 상호 작용은 이러한 세계를 별에 더 가까운 안쪽으로 끌어들이는 경향이 있습니다.

Batygin과 Morbidelli의 이론은 광범위한 컴퓨터 모델링으로 뒷받침되지만 간단한 질문에서 시작되었습니다. Batygin은 "우리는 기존의 행성 형성 모델이 우리가 보는 것을 재현하지 않는다는 것을 알고 '우리가 당연하게 여기는 주장이 무엇입니까?'라고 물었습니다."라고 말했습니다. "비결은 모든 사람이 사실이라고 생각하지만 정당한 이유가 없는 것을 보는 것입니다."

이 경우 고체 물질이 원형 행성 원반 전체에 분산되어 있다고 가정했습니다. 그 가정을 버리고 대신 최초의 고체가 고리 형태로 형성되었다고 가정함으로써 새로운 이론은 통합된 프레임워크로 다양한 유형의 행성계를 설명할 수 있다고 Batygin은 말합니다.

암석 고리에 많은 질량이 포함되어 있으면 행성이 고리에서 멀어질 때까지 성장하여 유사한 슈퍼 지구 시스템이 생성됩니다. 고리의 질량이 적으면 태양계의 지구형 행성과 훨씬 더 비슷하게 보이는 시스템을 생성합니다.

"나는 관찰자이자 도구 제작자이지만 문헌에 매우 세심한 주의를 기울입니다."라고 하워드는 말합니다. "우리는 사소하지만 여전히 중요한 기여를 정기적으로 받고 있습니다. 하지만 5년 정도마다 누군가가 이 분야에 엄청난 변화를 일으키는 무언가를 내놓습니다. 이것은 그 논문 중 하나입니다."

동영상: https://youtu.be/EaKJWtMQGKY

출처 : https://www.sciencedaily.com/