까마귀자리 에타

3. 별 주위 구조

IRAS 위성의 관측 결과, 까마귀자리 에타는 일반적인 F형 주계열성에서 예측되는 것보다 강한 적외선 초과 현상을 보였다. 이는 별 주위에 별 주위 먼지로 이루어진 별 주위 원반이 존재함을 시사한다.^[55]

서브밀리미터 관측에 따르면, 에타 주위에는 달 질량의 60%에 해당하는 차가운 먼지 원반이 존재하며, 이 원반은 항성으로부터 최대 180AU(지구-태양 거리의 180배)까지 뻗어 있다.^[56] 최근 관측에서는 바깥쪽으로 150AU까지 확장된 원반이 확인되었고, 100AU 안쪽은 물질이 거의 없어 행성계 구성원들이 궤도 영역을 청소했음을 짐작할 수 있다.^[57] 또한, 항성에서 약 3.5AU 안쪽에 더 뜨거운 파편 원반이 존재한다.^[51]

포인팅-로버트슨 효과 이론에 따르면, 바깥쪽 먼지 원반은 약 2000만 년 안에 항성으로 끌려 들어가야 하지만, 현재 관측되는 원반은 그 자리에서 지속적으로 생성되는 것으로 보인다. 이는 150AU 거리에 있는 미행성들이 충돌하여 먼지 입자로 쪼개지기 때문으로 추정된다.^[57] 반면, 항성 가까이에 있는 먼지 원반의 생성 과정은 아직 명확히 밝혀지지 않았지만, 태양계의 후기 대폭격과 같이 계 바깥쪽 미행성들이 내행성 궤도로 밀려와 충돌하여 띠를 형성했을 가능성이 제기된다.^[58][59]

이러한 관측 결과를 바탕으로 까마귀자리 에타의 먼지 원반 구조를 표로 정리하면 다음과 같다.

3. 1. 안쪽 먼지 원반

3. 2. 바깥쪽 먼지 원반

3. 3. 행성 존재 가능성

4. 후기 대폭격과의 연관성

까마귀자리 에타 항성계의 안쪽 먼지 원반은 태양계의 후기 대폭격과 유사한 과정을 겪었을 가능성이 제기된다. 이는 혜성, 얼음, 물 등이 풍부한 천체가 항성 가까이 접근하여 충돌하면서 발생한 것으로 추정된다.^[17][18] 2010년부터 2011년까지 존스 홉킨스 대학교 응용물리학연구소의 캐리 리스(Carey Lisse)와 그의 연구진은 스피처 우주 망원경을 이용하여 항성 주위 먼지의 스펙트럼을 분석, 항성에서 약 3AU 떨어진 생명 가능 지대에 물과 탄소가 풍부한 따뜻한 먼지가 존재함을 발견했다.^[19] 이 먼지는 항성계의 150 ± 20 AU에 위치한 확장된 서브 밀리미터 먼지 고리와 분리되어 있었다.

스펙트럼 분석 결과, 이 먼지는 초기(약 10 Myr) 혜성 물질에서 발견되는 것과 유사한 특징(물 얼음과 가스, 감람석 및 휘석, 비정질 탄소 및 금속 황화 광물)을 보였으며, 충돌로 생성된 실리카 및 고온/고압 탄소질 상에서도 방출이 발생했다. 연구팀은 최소 3 x 10¹⁹ kg의 따뜻한 먼지가 존재하며, 이는 160-킬로미터 반경의 켄타우루스 소행성 또는 중간 크기의 카이퍼 벨트 천체와 맞먹는 질량이라고 밝혔다. 이 먼지에 포함된 물의 양은 지구 바다의 0.1% 이상이며, 탄소의 양도 상당한 수준(약 10¹⁸ kg)이었다.

연구팀은 행성 이동과 같은 과정이 까마귀자리 에타 항성계의 카이퍼 벨트를 역학적으로 자극하여, 카이퍼 벨트 천체(KBO) 간의 잦은 충돌을 유발하고, 이 과정에서 하나 이상의 KBO가 내부로 흩어져 행성급 천체와 충돌, 원시적인 얼음과 탄소질 먼지를 대량 방출했을 것으로 추정했다. 이러한 분석을 바탕으로, 까마귀자리 에타 항성계는 태양계의 후기 대폭격과 유사한 현상을 보여주며, 후기 대폭격의 특성을 이해하는 데 중요한 단서가 될 수 있다고 결론지었다.

IRAS 위성의 관측에서는 까마귀자리 에타별에서 별 자체의 스펙트럼형으로부터 예측되는 적외선 방출보다 강한 적외선, 즉 적외선 초과가 검출되어, 별 주위에 별 주위 먼지로 만들어진 별 주위 원반이 존재한다는 것이 시사되었다.

JCMT에 의한 서브밀리미터파 관측으로, 별 주위에 대량으로 존재하는 저온의 별 주위 먼지로부터의 방출을 공간적으로 분해하는 데 성공했다. 반지름이 약 150AU의 환상 구조로, 반지름 100AU보다 안쪽은 비어있는 잔해 원반이 존재한다는 것이 분명해졌다. 안쪽의 먼지가 적은 영역은 행성의 존재에 의해 먼지 입자가 쓸려나갔을 가능성도 생각할 수 있다.

스피처 우주 망원경에 의한 관측에서는 중간 적외선에서도 적외선 초과가 매우 강하며, 그것도 중심별에 상당히 가까운 곳에서 적외선이 방출되고 있다는 것이 밝혀졌다. 이 따뜻한 먼지에 의한 방출은 중심별에서 수 AU 이내, 혹은 더 가까이에 있는 잔해 원반에서 나오고 있다고 생각된다. 허셜 우주 망원경에 의한 관측으로, 바깥쪽 원반과 안쪽 원반이 명확하게 분리되어 있다는 것이 밝혀졌으며, 지상의 대형 망원경을 사용한 적외선 간섭계에 의한 관측에서는 안쪽 원반이 1AU 이내의 중심별에 매우 가까운 영역에 있다는 것도 시사되고 있다.

중심별 근처에서 강한 중간 적외선이 방출되는 이유를 설명하기 위해 다양한 이론이 제안되었으며, 그 중에는 길쭉한 타원 궤도를 그리는 미행성군이 중심별 근처에서 충돌을 일으켰다는 가설, 행성 간의 자이언트 임팩트, 소행성대에서의 대규모 충돌 등, 가능성이 낮아 보이는 것도 존재한다.

중간 적외선 스펙트럼에는 천체 충돌이 원인이라고 생각되는 이산화 규소와 고온의 탄소질 먼지 외에도, 혜성에서 자주 보이는 물과 탄소가 풍부한 시원적 물질의 성분도 나타나고 있다. 까마귀자리 에타 별 주위에서 검출된 물의 양은 지구 전체 해수량의 0.03% 이상이다. 따라서 항성계 외연부에서 형성된, 별 형성 초기의 모습을 유지하며 얼음이 풍부한 천체가, 어떠한 물리적 과정에 의해 중심별 근처까지 이동되어, 그곳에서 충돌을 일으켰을 가능성이 높다고 생각된다.

외연 천체를 안쪽으로 유도하는 물리적 과정으로는 포인팅-로버트슨 효과와 행성에 의한 산란이 있지만, 포인팅-로버트슨 효과에 의해 바깥쪽 먼지가 이동해 온 것만으로는 안쪽의 대량의 먼지를 설명할 수 없기 때문에, 미발견 행성이 존재할 것으로 기대된다.

행성이 존재한다고 가정했을 때, 중심별 근처까지 먼지를 가져오는 시나리오로 가장 타당하다고 생각되는 것은 3가지가 있다.

# 태양계의 후기 대폭격에 해당하는 불안정기를 거쳐, 혜성과 같은 천체가 안쪽으로 이동해 왔다.

# 행성의 중력에 의해, 외원반의 먼지 입자나 얼음 입자가 산란되어 이동해 왔다.

# 행성의 중력에 의해, 항성계 외연의 미행성이 산란되어 내행성과 충돌하여 잔해를 살포했다.

내원반의 먼지 질량은 후기 대폭격기에 지구로 쏟아졌다고 여겨지는 물질의 총 질량과 가깝다. 따라서 까마귀자리 에타는 태양계의 후기 대폭격기에 대한 이해를 깊게 하기 위한 자료로서, 적합한 관측 대상이 된다.

5. 이름의 유래

동아시아 천문학에서 까마귀자리 에타는 좌할(左轄)로 불렸으며, 이는 "하늘 수레의 왼쪽 바퀴를 고정하는 축의 쐐기"를 의미한다. 보통 여러 별이 모여 하나의 별자리를 구성하나 좌할은 에타별 하나만으로 이루어져 있어, 별이 곧 별자리를 뜻한다.^[60] 좌할은 로마자로 '''Tso Hea'''로 표기하나, 미국의 아마추어 박물학자 리처드 힌클리 앨런은 까마귀자리 베타(크라즈)에 이 명칭을 부여했다.^[61][21]

중국 천문학에서 까마귀자리 에타는 左轄|Zuǒxiá|좌협^중국어으로 불리는데, 이는 이 별이 자체적으로 수레에 속하는 ''좌협'' 성좌를 단독으로 구성하기 때문이다.^[20] 앨런은 左轄|Zuǒxiá^중국어을 서양식으로 표기한 ''Tso Hea''를 까마귀자리 베타에 할당하여, 까마귀자리 감마, 까마귀자리 델타를 포함하는 것으로 소개하고 있다.

참조

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