HD 100546

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1. 개요
2. 항성 특징
3. 원시 행성계 원반
- 3.1. 원반의 구성 물질
4. 행성계
참조

1. 개요

HD 100546은 분광형 B9 Vne의 허빅 Ae/Be형 별로, 태양 질량의 약 2.4배이며, 나이는 500만~1000만 년으로 추정된다. 이 별은 알골과 유사한 식변광성으로, 변광성 종합 목록에 등재되었다. HD 100546 주변에는 복잡한 구조의 원시 행성계 원반이 존재하며, 여러 행성 후보가 발견되었다. 2013년에는 HD 100546 b로 추정되는 행성이 발견되었으나, 데이터 처리 과정에서 인공적으로 생성되었을 가능성도 제기되었다. HD 100546 c, HD 100546 d와 같은 다른 행성 후보도 존재하며, 이들의 존재 여부에 대한 연구가 진행 중이다.

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HD 100546
이미지
NASA/ESA 허블 우주 망원경이 촬영한, HD 100546의 주위의 먼지. 오렌지색 점은, HD 100546 b를 검출한 위치를 나타낸다. ESO / NASA / ESA / Ardila et al. 제공. 사진 중심부는 별이 밝기 때문에 인위적 처리를 했다.
관측 정보
명칭	HD 100546
변광성 обозначение	KR Mus
다른 이름	HIP 56379, SAO 251457, CD−69° 893
별자리	파리자리
겉보기 등급	6.68에서 6.87변광성 목록
특징
분광형	kB8에서 A0Vae
종류	허빅 Ae/Be 별
위치 정보
시선 속도	9.10 ± 1.2 km/s
고유 운동 (적경)	-38.730 ± 0.046 밀리초각/년
고유 운동 (적위)	-0.097 ± 0.039 밀리초각/년
연주 시차	9.2494 밀리초각
거리	약 353 광년
물리적 특징
질량	2.18 ± 0.02+0.17−0.17 태양 질량
반지름	1.5 ± 0.1 태양 반지름
광도	19.5 +7.42−5.37 태양 광도
표면 중력	-4.0 (오류 가능성 있음)
표면 온도	9800 K
금속 함량 (철)	-1.0 에서 -1.4 ± 0.2
나이	4.8 +2.0−1.1 백만 년

2. 항성 특징

HD 100546은 분광형 B9 Vne으로 분류되는 허빅 Ae/Be형 별이다.^[1] 질량은 태양 질량의 약 2.4배이며, 나이는 500만 년에서 1000만 년으로 추정되는 젊은 별이다.^[1]^[2] 다만, 나이가 1000만 년이라고 가정하면, 허빅 Ae/Be형 별로서는 상한에 가까운 오래된 별이기도 하다.

HD 100546에서는 히파르코스 위성에 의한 관측에서 변광이 발견되었으며, 히파르코스 및 다른 관측에서도 알골과 유사한 식변광성인 것으로 나타났다.^[4]^[5] 이로 인해, HD 100546에는 "KR차례별자리"라는 변광성명도 부여되어 변광성 종합 목록에 게재되어 있다.^[6]

3. 원시 행성계 원반

HD 100546은 강한 적외선 초과를 보여 별 주위에 원반이 존재함을 나타낸다. 라 실라 천문대의 ESO 3.6m 망원경과 보정 광학을 이용해 별 주위 원반의 이미지를 얻었다.

허블 우주 망원경이나 대구경 망원경에 보정 광학 또는 간섭법을 조합하여 관측한 결과, 원반은 비대칭적이고 복잡한 구조를 가지고 있는 것으로 나타났다. 원반은 대략 타원형이나, 타원의 단축 방향으로 밝기가 비대칭적이며 중심에서 멀어질수록 꼬리가 크게 퍼진다. 원반 중심에는 빈 공간이 있고, 소용돌이 모양의 구조도 관측된다. 원반 안쪽 가장자리의 반지름은 약 15AU이며, 15AU 바깥쪽에는 소용돌이 구조와 함께 아치형 구조도 보인다.

전파 관측 결과, 중심면에 분포하는 큰 먼지 입자로 이루어진 원반의 구조가 밝혀졌다. 중심의 빈 공간은 가시광선/근적외선에서 보이는 것보다 2~3배 크며, 원반은 안쪽과 바깥쪽 두 개의 원반으로 나뉜다.

HD 100546의 원반 성운에서 근적외선과 전파로 관측한 중심 빈 공간의 크기가 다르고, 전파 관측에서 내원반과 외원반 사이에 틈이 있다는 점은 행성 존재 가능성을 시사한다. 실제로 근적외선 보정 광학 관측을 통해 HD 100546에서 약 60AU 떨어진 곳에서 행성 후보 HD 100546 b가 발견되었다는 보고가 있다.

3. 1. 원반의 구성 물질

허블 우주 망원경의 코로나그래프 광학 관측을 통해 이 별의 먼지 원반이 복잡한 나선형 구조를 지녔음을 알게 되었다. 원반의 색은 카이퍼 벨트 천체들과 비슷한데 이로부터 HD 100546 원반 물질이 카이퍼 대 천체와 비슷한 풍화 과정을 거치고 있음을 짐작할 수 있다. 원반은 매우 평평하며 이는 진화가 진행된 단계임을 뜻한다.

세로 톨로로 미주 천문대의 블랑코 망원경에 장착된 OSCIR을 이용하여 이 별의 중간적외선 분광분석 자료를 얻었다. 이로부터 별주위 먼지 원반에 규산염이 섞인 10~18 μm 크기의 고운 입자가 있음을 알게 되었다. 이 입자는 항성으로부터 17 AU 거리까지 퍼져 있으며 온도는 약 227 K이다.

4. 행성계

HD 100546 항성계에는 현재까지 최소 두 개의 외계 행성(HD 100546 b, HD 100546 c)과 또 다른 행성 후보(HD 100546 d)가 발견되었다.^[11] 이 행성계는 HR 8799와 같이 중간 질량의 별이 중간/넓은 간격에 여러 개의 초목성 행성을 가진 진화의 중요한 전조로 간주된다.^[11]

2013년 과학자들은 이 별의 거대한 먼지 및 가스 원반 가운데에서 행성으로 보이는 천체가 성장하고 있다고 발표했다. 만약 이 주장이 사실로 검증된다면 이 행성계는 행성이 태어나는 단계를 직접 관측할 수 있는 첫 번째 사례로 기록될 것이다.^[42] 과학자들은 칠레 소재 초거대 망원경(VLT)에 장착된 UVES 회절격자를 이용하여 HD 100546에 동반 행성체 하나가 있다는 증거를 수집하였다.^[39]

HD 100546의 원반 성운에서, 중심의 빈 공간이 근적외선과 전파로 다르게 보이는 점, 전파로 관측했을 때 내원반과 외원반으로 나뉘어 그 사이에 틈이 있다고 생각되는 점 등은 그곳에 행성이 존재할 가능성을 시사한다.

HD 100546 행성계
천체	질량	궤도 장반경 (AU)	반지름
d		7.8
c		10
후보 1	8 목성 질량	13
b	1.65 목성 질량^[13]		3.4 목성 반지름
후보 2	3 목성 질량	143

4. 1. HD 100546 b

2013년, 과학자들은 HD 100546의 거대한 가스와 먼지 원반에서 형성 과정에 있는 것으로 보이는 행성을 발견했다고 보고했다. 이 발견이 사실로 확인된다면, 행성 형성의 초기 단계를 관찰적으로 연구할 수 있는 첫 번째 기회가 될 것이다.^[12] 과학자들은 칠레 소재 초거대 망원경에 장착된 UVES 회절격자를 이용하여 HD 100546에 동반 행성체 하나가 있다는 증거를 수집하였다.^[39]

HD 100546 b의 질량은 목성의 1~25배 사이로 추정되지만, 연구에 따라 불확실성이 크다. 표준적인 핫 스타트 모델은 약 15 목성 질량을 암시하지만, 다른 모델과 HD 100546 b의 H-밴드 광도 측정을 통해 100만 년 된 신생 행성 또는 행성 주위 원반(CPD)에서 보이는 경우 10 목성 질량 미만의 질량을 암시하는 반면, 더 오래된 연령은 더 높은 질량을 나타낸다.^[11] 2019년에는 행성, CPD, 별 주위 원반(CSD) 질량 간의 수치 시뮬레이션에서 파생된 관계를 기반으로 행성 질량의 상한이 1.65 목성 질량으로 낮게 주어졌다.^[13]

목성 반지름의 6.9 ± 2.9 배로 매우 크게 추정되었던 반지름은 행성 자체가 아닌 행성 주위의 확산 먼지 및 가스 외피 또는 잔해 원반을 의미할 가능성이 높다. 이러한 추정치는 NASA 외계 행성 아카이브에서 HD 100546 b에 대한 단일 행성 반경 및 유효 온도로 오해하여 사용된다.

HD 100546 b가 검출된 위치는 안팎 원반의 간극과 비교하면 안쪽에 지나치게 가깝고, 중심의 빈 공간과 비교하면 바깥쪽에 지나치게 멀기 때문에, 별 주위 원반의 특징으로부터 행성이 존재한다는 타당성을 제시한 논의와는 모순이 있었다. HD 100546 b로 여겨진 광원을 더욱 자세히 관측한 결과, 특정 조건하에서의 분석에서는 점 광원으로 보이지만, 대부분의 경우에는 더 확산된 구조였다. 게다가, 수 년 동안 움직이지 않았기 때문에 케플러 운동과도 일치하지 않았고, 스펙트럼도 중심별이나 별 주위 원반과 차이가 없었기 때문에, HD 100546 b는 데이터 처리로 인공적으로 생성된 존재일 가능성이 제기되었다.

이처럼 HD 100546 b의 존재 여부와 실제 행성인지에 대해서는 논쟁이 진행 중이다.

4. 2. HD 100546 c

HD 100546 b보다 안쪽 궤도 (약 6.5 ~ 13 AU)를 돌고 있는 또 다른 행성 동반 천체로 추정된다. 질량은 목성의 5 ~ 20배 사이로 추정된다. HD 100546 c는 내부 원반 공동을 청소하는 데 책임이 있을 수 있지만, 빠르게 가스를 흡수했을 것이므로, 비정상적으로 밝았을 것이다. 또한 약 0.1 AU 반지름의 행성 주위 원반으로 둘러싸여 있을 것으로 예상되었다. 이 행성은 목성 질량의 15배를 가정할 때 연간 최대 의 강착률을 갖는 것으로 계산되며, 이는 진화 궤적을 기반으로 의 행성 반경에 해당한다.^[9] 따라서, HD 100546 c는 비교적 정지 상태에 있거나, 강착으로부터의 성장이 낮은 수준이거나 이미 중단되었을 수 있다.^[9] HD 100546 c에 의해 생성되었을 가능성이 있는 교란의 존재는 가스 원반을 통해 전파되는 충격파를 나타내는 산화황의 검출로도 확인되었다.

HD 100546 c가 감지된 위치와 원반의 구조 사이에는 불일치가 존재하며, 약하게 편광된 원반 특징일 수도 있다는 의견도 제시되었다.

4. 3. HD 100546 d

1.3mm 파장의 ALMA 관측에서 위치각 37°와 투영된 분리 거리에 있는 점 광원이 발견되었으며, 질량은 33~77 목성 질량으로, 이는 추가적인 행성 후보, 즉 HD 100546 d가 될 수 있는 갈색 왜성을 나타낼 수 있다.

참조

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_[2] 논문 The Discovery of λ Bootis Stars: The Southern Survey I https://pure.au.dk/w[...] 2017
_[3] simbad HD 100546 2018-03-08
_[4] 논문 The Tycho-2 catalogue of the 2.5 million brightest stars 2000
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_[6] 논문 VizieR Online Data Catalog: 2MASS All-Sky Catalog of Point Sources (Cutri+ 2003) 2003
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_[8] 논문 Long Baseline Observations of the HD 100546 Protoplanetary Disk with ALMA 2020
_[9] 논문 The protoplanetary system HD 100546 in H α polarized light from SPHERE/ZIMPOL 2017
_[10] 논문 Sequential planet formation in the HD 100546 protoplanetary disk? 2015
_[11] 논문 RECOVERY OF THE CANDIDATE PROTOPLANET HD 100546 b WITH GEMINI/NICI AND DETECTION OF ADDITIONAL (PLANET-INDUCED?) DISK STRUCTURE AT SMALL SEPARATIONS 2014
_[12] 뉴스 Is HD 100546 showing us the birth of a giant planet? http://www.scienceco[...] 2013-02-28
_[13] 논문 High-resolution ALMA Observations of HD 100546: Asymmetric Circumstellar Ring and Circumplanetary Disk Upper Limits 2019
_[14] 문서 シュテファン＝ボルツマンの法則により計算。
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_[37] 웹인용 SIMBAD Object query: HD 100546 http://simbad.u-stra[...]
_[38] 웹인용 SIMBAD Object query: HD 100546 http://simbad.u-stra[...]
_[39] 논문 2005-11
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_[41] 논문 2013
_[42] 웹인용 "Is HD 100546 showing us the birth of a giant planet?" https://web.archive.[...] 2013-03-01

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