HD 172555
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1. 개요
HD 172555는 A형 주계열성으로, 약 2,300만 년 된 젊은 별이다. 이 별은 남쪽왕관자리 베타 이동성단의 일원이며, 태양의 약 1.7배 질량, 1.6배 반지름, 8배 광도를 가지고 있다. HD 172555는 행성 규모 천체 간의 충돌 증거를 보여주며, 스피처 우주 망원경과 ALMA 관측을 통해 충돌로 인한 일산화 규소 기체와 이산화 규소 입자, 일산화 탄소 고리 등이 발견되었다. 또한, 외계 혜성의 통과 현상도 관측되었다.
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| HD 172555 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 특징 | |
| 위치 및 항성 정보 | |
| 적경 | 18h 45m 26.9011s |
| 적위 | -64° 52′ 16.533″ |
| 시차 | 34.21 ± 0.68 밀리초각 |
| 거리 | 95.34 ± 1.86 광년 (29.23 ± 0.57 파섹) |
| 명칭 | |
| 물리적 특징 | |
| 표면 온도 | 8,000 K |
| 자전 속도 | 175 km/s |
| 추가 정보 | |
 | |
| 관측 데이터 | |
| B-V 색 지수 | 0.201 |
| U-B 색 지수 | 0.08 |
2. 특징
HD 172555는 1980년대 IRAS 천체 관측을 통해 처음 발견되었으며, 중적외선 영역에서 유난히 밝게 관측되었다.[3] 2004년 스피처 우주 망원경을 이용한 후속 관측에서 이 별에서 나오는 적외선 스펙트럼 방출이 비정상적으로 강하다는 사실이 확인되었는데, 이는 일반적인 별 표면에서 방출되는 것보다 훨씬 밝은 수준이었다.[4]
베타 픽토리스 이동성 성단의 일원인 HD 172555는 베타 픽토리스와 함께 생성되었으며, 약 2천만 년 전에 생성된 것으로 추정된다. HD 172555는 베타 픽토리스와 유사하게 태양 질량의 약 두 배, 광도의 약 9.5배에 달하는 백색 별이다. 현재 행성 형성 이론과 매우 유사한 베타 픽토리스 시스템과의 비교를 통해, HD 172555는 지구와 같은 암석 행성이 형성되는 초기 단계에 있는 것으로 보인다.
HD 172555의 특별한 점은 지구를 구성하는 감람석이나 휘석과 같은 일반적인 암석 물질이 아닌, 비정질 실리카와 SiO영어 가스와 같은 특이한 규산질 물질이 대량으로 존재한다는 것이다. 2009년 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소의 캐리 리스는 스피처 우주 망원경에 탑재된 적외선 분광기와 딥 임팩트 및 스타더스트 혜성 임무의 결과를 사용하여 이 원반 내 물질을 분석했다. 분석 결과, HD 172555로부터 약 5.8±0.6 AU(이 시스템의 얼음선 안쪽) 떨어진 지역에 달 질량 정도의 따뜻한(약 340K) 물질이 존재하며, 이는 재냉각된 용암(흑요석)과 급속 냉각된 마그마(운석)와 유사하고, 다량의 기화된 암석(일산화 규소 또는 SiO영어 가스)과 부스러기(먼지의 큰 검은 조각)도 포함되어 있다는 사실이 밝혀졌다.
이러한 물질은 두 개의 큰 천체 간의 초고속 충돌로 생성되었을 가능성이 크다. 충돌 시 상대 속도가 10km/s 미만이면 감람석과 휘석이 실리카와 SiO영어 가스로 변환되지 않는데, 이 정도 속도의 거대 충돌은 일반적으로 충돌체의 파괴를 일으키고, 충돌받는 천체의 전체 표면을 녹인다.
비정질 실리카와 SiO영어 가스의 검출은 다음과 같은 사실을 시사한다.
- 어린 행성계에서 거대한 초고속 충돌이 발생한다. 태양계에서도 수성의 높은 밀도, 금성의 역자전, 지구의 달, 화성의 남/북반구 비대칭적 크레이터 분포, 베스타의 화성 기원, 천왕성의 자전축이 황도면에 가깝게 위치하는 등 여러 충돌의 예시가 존재한다.
- HD 172555 시스템에는 암석형 원시 행성, 어쩌면 행성이 형성된 지 약 2천만 년 후에 존재한다.
- 만약 충돌이 지난 수천 년 이내에 발생했다면, HD 172555 시스템에는 액체 마그마 표면을 가진 원시 행성이 있을 가능성이 높다.
2020년 발표된 후속 VISNIR 관측 결과에 따르면, 관측된 대부분의 미세 먼지는 지름 1-4마이크로미터의 매우 미세한 입자로 구성되어 있으며,[6] 이는 최근의 초고속 충돌에서 예상되는 결과이다.[7]
2021년, 일산화 탄소 고리가 별로부터 약 6 AU 떨어진 거리에서 ALMA에 의해 발견되었으며,[8] 이는 거대 충돌 시나리오를 뒷받침한다. 검출된 다량의 CO 가스는 충돌하는 행성의 대기에서 유래했을 것이다.
2023년에는 별로부터 약 0.05 AU 떨어진 거리에서 반지름 약 2.5 km인 혜성형 천체의 통과 현상이 감지되었을 가능성이 발표되었다.[9]
HD 172555는 남쪽왕관자리 베타 이동성단의 일원이며, 이동성단의 나이를 적용하여 HD 172555의 나이는 약 2,300만 년으로 추정된다.
2. 1. 물리적 특징
HD 172555는 분광형 A7 V의 A형 주계열성이다. 질량은 태양의 약 1.7배, 반지름은 태양의 약 1.6배이다. 표면 유효 온도는 약 7,800 K이며, 광도는 태양의 약 8배이다.2. 2. 동반성
HD 172555에서 동쪽으로 1.2분 정도 떨어진 곳에 보이는 9등급 별 CD -64°1208은 까마귀자리 베타 이동성단의 일원이며, HD 172555와 고유 운동이 같은 동반성으로 생각된다.CD -64°1208은 또한 이각이 0.2초 정도의 근접한 두 개의 항성으로 구성되어 있으며, 이 두 항성 또한 물리적으로 연결되어 있다고 추정된다. 따라서 HD 172555는 두 개의 소질량성(HD 172555 Ba, HD 172555 Bb)으로 이루어진 동반성(CD -64°1208, HD 172555 B)이 주성(HD 172555 A) 주위를 도는 삼중성계일 가능성이 높다.
3. 거대 충돌
HD 172555 주위에서 일어난 거대 충돌은 지구형 행성 형성 과정의 중요한 단서를 제공한다.
2009년 8월 10일 미국 항공우주국(NASA)은 스피처 우주 망원경으로 HD 172555 주위에서 행성 규모 천체 두 개가 서로 충돌한 증거를 발견했다고 발표했다.[3][4] 이 천체는 1980년대 IRAS의 관측으로 중적외선에서 유난히 밝게 관측되어 처음 알려졌다. 2004년 스피처 우주 망원경의 후속 관측으로 이 천체의 적외선 스펙트럼 방출이 매우 강하다는 사실이 확인되었다.[4] HD 172555는 베타 픽토리스 이동성 성단의 일원으로, 베타 픽토리스와 함께 생성되었으며 약 2천만 년 된 것으로 추정된다. 또한 베타 픽과 마찬가지로 백색 왜성이며, 태양 질량의 약 두 배, 광도는 약 9.5배이다. HD 172555는 현재의 행성 형성 이론과 매우 유사한 베타 픽 시스템과 비교할 때 지구형 행성 형성의 초기 단계에 있는 것으로 보인다.
HD 172555가 특별한 이유는 지구를 구성하는 감람석이나 휘석과 같은 일반적인 암석 물질이 아닌, 비정질 실리카와 SiO 가스와 같은 특이한 규산질 물질이 대량으로 존재하기 때문이다. 이러한 물질은 2009년 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소의 캐리 리스에 의해 스피처 우주 망원경의 적외선 분광기와 딥 임팩트 및 스타더스트 혜성 임무의 결과를 사용하여 분석되었다.
HD 172555의 별 주위 원반은 제미니 남천문대의 분광 영상 장치나 VLT 간섭계를 이용한 중간 적외선 관측으로 공간적으로 분해되었다. 이후 VLT의 편광 영상 장치로 가시광선·근적외선에서 산란광도 검출되었다. 두 관측 결과는 일치하며, 원반은 옆에서 보았을 때(에지 온) 기울어져 있고, 중심별로부터 8 au 이내에 먼지의 열 방사가 가장 강한 영역이 있으며, 바깥쪽은 8.5 또는 11.3 au까지 퍼져있다. HD 172555에는 동반성계가 존재하지만, 약 2000 au 떨어진 위치에 있어 1000 au에 달하는 매우 큰 궤도는 물론이고 10 au 정도의 별 근처 원반은 방해받지 않는다.
| 항목 | 값 |
|---|---|
| 원반 종류 | 잔해 원반 |
| 근접점 | 불명 |
| 원일점 | 8.5-11.3 au |
| 경사각 | ≈103.5 |
허셜 우주 천문대가 획득한 HD 172555의 원적외선 스펙트럼에서는 산소 원자의 금지선(파장 63 μm)이 검출되었고, ALMA의 밀리미터파 관측에서는 일산화 탄소 분자 방출선도 검출되었다. 기상 일산화 규소가 광해리로부터 보호되려면 더 많은 산소와 규소 원자가 필요하며, 산소 원자의 검출은 이와 일치한다.
카시오페이아자리 β별과 매우 유사한 HD 172555는 HARPS로 여러 번 관측되었으며, 그중 칼슘 이온의 H·K선에서 돌발적인 흡수 성분이 반복적으로 나타나는 것이 발견되었다.
3. 1. 충돌 증거
2009년 8월 10일 미국 항공우주국(NASA)은 스피처 우주 망원경으로 HD 172555 주위에서 행성 규모 천체 두 개가 서로 충돌한 증거를 발견했다고 발표했다.[3][4] 관측 결과 막대한 양의 일산화 규소(SiO) 기체와 무정형의 이산화 규소(SiO2) 입자들이 발견되었다.일산화 규소 기체는 뜨거운 열로 암석이 증발한 것이며, 이산화 규소는 지구상에서 흑요암이나 텍타이트 내에 포함되어 있는 물질이다. 흑요암은 화산 폭발로 생기는 유리질의 암석이며, 텍타이트는 운석이 지구에 충돌하면서 극도로 높은 온도에서 생겨나는 물질이다.
충돌한 천체는 각각 태양계의 수성과 달과 비슷한 질량으로 추정되며, 이는 거대충돌 가설에서 지구에 부딪혀 달을 만들었다고 추측되는 미행성과 비슷한 규모이다. 충돌 시기는 수천 년 전으로, 우주적 시각으로 볼 때 '바로 직전'에 발생한 것으로 볼 수 있다. 둘은 최소 초속 10킬로미터의 속도로 충돌했고, 이 충돌로 작은 쪽은 사라지고 큰 쪽은 살아남았으나, 행성 표면 전체가 녹아 용암 바다를 이루고 있을 것으로 추측된다.
NASA 제트 추진 연구소 관계자는 이러한 사건은 암석으로 이루어진 지구형 행성이나 위성들이 생겨나는 중요한 과정이며, 희귀한 사건이기 때문에 이런 사건을 지켜볼 수 있었던 것은 행운이라고 설명했다.
2021년, ALMA에 의해 별로부터 약 6 AU 떨어진 거리에서 일산화 탄소 고리가 발견되었으며, 이는 거대 충돌 시나리오를 더욱 뒷받침한다. 검출된 다량의 CO 가스는 충돌하는 행성의 대기에서 유래했을 것으로 추정된다.[8]
3. 2. 충돌 천체 및 과정
2009년 8월 10일 미국 항공우주국(NASA)은 스피처 우주 망원경으로 HD 172555 주위에서 행성 규모 천체 두 개가 충돌한 증거를 발견했다고 발표했다. 이 충돌은 우주적 관점에서 비교적 최근인 수천 년 전에 발생했다.[4]충돌한 천체들은 각각 태양계의 수성과 달 정도의 질량을 가진 것으로 추정된다. 이들은 최소 초속 10킬로미터의 속도로 충돌했으며, 이로 인해 작은 천체는 파괴되고 큰 천체는 표면이 녹아 용암 바다를 이루었을 것으로 보인다. 이러한 현상은 암석 행성이나 위성이 형성되는 중요한 과정으로 여겨진다.[4]
스피처 망원경은 충돌 후 항성 주위에 남은 다량의 일산화 규소 기체와 무정형의 이산화 규소 입자들을 발견했다. 일산화 규소 기체는 암석이 뜨거운 열에 증발하여 생성된 것이며, 이산화 규소는 지구의 흑요암이나 텍타이트에서 발견되는 물질과 유사하다. 흑요암은 화산 폭발로, 텍타이트는 운석 충돌 시 극도로 높은 온도에서 생성된다. 이 기체와 고체 입자들의 총 질량은 달의 2배 정도였다.[4]
HD 172555에서 발견된 비정질 실리카와 SiO 가스 등 특이한 규산질 물질의 존재는 다음과 같은 사실을 시사한다.
- 어린 행성계에서 거대한 초고속 충돌이 발생한다. 태양계 내에서도 수성의 높은 밀도, 금성의 역자전, 지구의 달 생성, 화성의 남/북반구 비대칭적 크레이터 분포, 베스타의 화성 기원, 천왕성의 자전축 기울어짐 등 여러 증거가 존재한다.
- HD 172555 시스템에는 약 2천만 년 전에 암석형 원시 행성, 혹은 행성이 형성되었을 가능성이 있다.
- 충돌이 수천 년 이내에 발생했다면, HD 172555 시스템에는 액체 마그마 표면을 가진 원시 행성이 존재할 가능성이 높다.
2021년, ALMA에 의해 별로부터 약 6 AU 떨어진 거리에서 일산화 탄소 고리가 발견되었으며, 이는 거대 충돌 시나리오를 뒷받침한다. 검출된 다량의 CO 가스는 충돌하는 행성의 대기에서 유래했을 것으로 추정된다.[8]
3. 3. 추가 관측
2021년 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 전파 간섭계(ALMA)는 이 별로부터 약 6 AU 떨어진 곳에서 일산화 탄소(CO) 고리를 발견했는데[8], 이는 거대 충돌 시나리오를 뒷받침한다. 검출된 다량의 CO 가스는 충돌하는 행성의 대기에서 유래했을 것으로 추정된다.[8]2023년에는 이 별로부터 약 0.05 AU 떨어진 곳에서 혜성형 천체의 통과 현상이 감지되었을 가능성이 제기되었다.[9]
4. 별 주위 원반
2009년 8월 10일 미국 항공우주국(NASA)은 스피처 우주 망원경으로 HD 172555 주위에서 행성 규모 천체 두 개가 충돌한 증거를 발견했다고 발표했다.[1] 망원경 내 스펙트럼 사진기를 이용한 관측 결과, 막대한 양의 일산화 규소 기체와 무정형의 이산화 규소 입자들이 발견되었다. 이는 항성에서 나온 빛의 스펙트럼을 분석하여 얻은 결과로, 평범하지 않은 특징들을 통해 행성 충돌 시나리오가 추론되었다.
고체 입자들의 크기는 먼지 크기부터 커다란 돌덩어리 수준까지 다양했다. 일산화 규소 기체는 뜨거운 열로 암석이 증발한 것이며, 이산화 규소는 지구상에서 흑요암이나 텍타이트에서 발견된다. 흑요암은 화산 폭발로 생기는 유리질 암석이며, 텍타이트는 운석이 지구에 충돌하면서 극도로 높은 온도에서 생겨나는 물질이다. 기체 및 고체 입자들의 총 질량은 달의 2배 정도였다.
충돌한 천체는 각각 태양계의 수성과 달과 비슷한 질량으로, 지구에 부딪혀 달을 만들었다고 추측되는 미행성과 비슷한 규모이다. 충돌은 수천 년 전, 우주적 시각으로 볼 때 '바로 직전'에 발생한 것으로 추정된다. 두 천체는 최소 초속 10킬로미터의 속도로 충돌했으며, 이로 인해 작은 쪽은 사라지고 큰 쪽은 행성 표면 전체가 녹아내려 용암 바다를 이루고 있을 것으로 보인다.
NASA 제트 추진 연구소 관계자는 이러한 사건이 암석으로 이루어진 지구형 행성이나 위성들이 생겨나는 중요한 과정이며, 희귀한 사건을 관측할 수 있었던 것은 행운이라고 설명했다.
HD 172555는 1980년대 IRAS 천체 관측을 통해 중적외선에서 유난히 밝게 관측되면서 처음 인식되었다. 이후 스피처 우주 망원경의 후속 지상 관측(2004년)에서도 이 시스템에서 나오는 적외선 스펙트럼 방출의 비정상적으로 강한 특성이 확인되었는데, 이는 별 표면에서 일반적으로 방출되는 것보다 훨씬 밝은 수준이었다. HD 172555는 베타 픽토리스 이동성 성단의 일원으로, 베타 픽토리스와 함께 생성되었으며 약 2천만 년 된 것으로 추정된다. HD 172555가 특별한 이유는 지구의 상당 부분을 구성하는 감람석이나 휘석과 같은 규산염이 아닌, 비정질 실리카와 SiO 가스와 같은 대량의 특이한 규산질 물질이 존재하기 때문이다.
2021년, ALMA는 별로부터 약 6 AU 떨어진 거리에서 일산화 탄소 고리를 발견했으며, 이는 거대 충돌 시나리오를 더욱 뒷받침한다. 검출된 다량의 CO 가스는 충돌하는 행성의 대기에서 유래했을 것이다.[8]
4. 1. 원반의 구조
HD 172555의 별 주위 원반은 제미니 남천문대와 VLT를 이용한 관측으로 분해되었다.[3] 그 결과, 원반은 측면(edge-on)에 가까운 각도로 기울어져 있으며, 중심별로부터 약 8 AU 이내에 먼지의 열 방사가 가장 강한 영역이 있고, 바깥쪽으로는 8.5AU에서 11.3AU까지 퍼져 있는 것으로 나타났다.[3][4]원반 내 물질은 미크론 이하의 미세한 먼지가 풍부하며, 입자 크기가 커짐에 따라 급격히 입자 수가 감소하는 분포를 보인다.[5] 이러한 분포는 비교적 최근, 늦어도 10만 년 이내에 새로운 먼지를 공급하는 현상이 있었음을 시사한다.[5] 미세 먼지는 질량이 대형 소행성 1개 분에 해당하며, 중심별에 대해 태양계의 소행성대와 비슷한 위치에 분포한다.[5]
또한, 질량으로 미세 먼지의 100배에 달하는 기상 일산화 규소와 저온의 매우 큰 자갈도 존재한다.[5] 이러한 물질 구성은 거대한 암석질 미행성끼리의 매우 고속 충돌로 생성되었음을 시사한다.[5] 충돌한 천체는 수성급 및 달급의 암석 미행성으로 예상되며, 작은 천체는 붕괴되고 큰 천체도 지각이 흩어진 것으로 추정된다.[5] 대량의 일산화 규소는 충돌로 증발한 규산 광물에서 해리된 것으로 생각되며, 이는 거대충돌 가설을 뒷받침한다.[5]
ALMA의 관측에서는 일산화 탄소 분자 방출선이 검출되었으며, 이는 중심별로부터 6~9AU 범위에 고리 모양으로 분포하여 먼지 분포와 매우 유사하다.[8]
4. 2. 원반의 구성 성분
HD 172555의 원반은 주로 규산염 광물, 비정질 실리카, 일산화 규소(SiO) 가스 등으로 구성되어 있다.[3][4] 스피처 우주 망원경 관측 결과, 다량의 특이한 규산질 물질이 존재한다는 것이 밝혀졌는데, 이는 지구의 상당 부분을 구성하는 감람석이나 휘석과 같은 일반적인 암석 물질과는 다르다.
원반 내 물질은 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소의 캐리 리스에 의해 분석되었다. 그 결과 달 질량 정도의 따뜻한(약 340K) 물질이 별로부터 5.8+/-0.6 AU(이 시스템의 얼음선 안쪽) 떨어진 지역에 존재하는 것으로 나타났다. 이 물질은 재냉각된 용암(흑요석)과 급속 냉각된 마그마(운석)와 유사하며, 다량의 기화된 암석(일산화 규소 또는 SiO 가스)과 부스러기(먼지의 큰 검은 조각)도 포함되어 있다.
ALMA의 밀리미터파 관측에서는 일산화 탄소 분자 방출선도 검출되었다.[8] 일산화 탄소는 중심별로부터 6 내지 9 AU 범위에 고리 모양으로 분포하고 있으며, 먼지의 분포와 매우 유사하다.[8]
허셜 우주 천문대가 획득한 원적외선 스펙트럼에서 산소 원자의 금지선(파장 63 μm)이 검출되었는데,[8] 이는 기상 일산화 규소가 광해리로부터 보호되기 위해 더 많은 산소와 규소 원자가 필요하다는 것을 시사한다.[8]
4. 3. 외계 혜성
2023년, HD 172555에서 약 0.05 AU 떨어진 거리에서 반경 약 2.5km인 혜성형 천체의 통과 현상이 감지되었을 가능성이 발표되었다.[9]참조
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