파도바 대학의 수학자 갈릴레오 갈릴레이가 자신이 만든 망원경을 하늘에서 훈련했을 때 그는 자신이 본 광경에 압도당했습니다. 오리온자리에 500개 이상의 새로운 별이 있었고 사냥꾼의 별자리에 있는 친숙한 XNUMX개 별도 있었습니다. 벨트와 칼에 여섯.

500월에 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 검의 중간 별 중 하나를 확대하고 이전에 볼 수 없었던 또 다른 1610개 정도의 지점을 식별했습니다. 세상은 너무 작고 어두워서 별과 행성 사이의 경계가 모호해집니다. XNUMX년 천문학 논문의 같은 페이지에서 목성의 위성을 "별"과 "행성"으로 언급한 갈릴레오를 괴롭힌 모호함은 오늘날에도 계속해서 천문학자들을 괴롭히고 있습니다.

“우리가 태양계를 보면 모든 것이 멋지고 깔끔합니다. 당신은 태양을 얻고 행성을 얻습니다.”라고 말했습니다. 사무엘 피어슨, 유럽 우주국 (ESA)의 천문학 자. 중간에는 아무것도 없습니다. 그러나 "실제로 가서 살펴보면 기본적으로 그 사이에 모든 질량을 가진 [물체]의 전체 스펙트럼이 있다는 것을 깨닫게 됩니다"라고 Pearson은 말했습니다.

JWST 관측은 거대한 행성과 작은 별 사이의 회색 지대를 차지하는 고립된 물체의 목록이 점점 늘어나고 있음을 뒷받침합니다. 때때로 "자유 부유" 또는 "불량" 행성이라고도 불리는 이 고독한 세계는 공간을 자유롭게 떠다닙니다. 천문학자들은 목성 질량만큼 어두운 가스 덩어리의 질량을 추정할 수 있지만, 그 기원은 여전히 ​​수수께끼로 남아 있습니다. 그들은 실제로 행성, 즉 한때 별 주위를 돌았지만 어떻게든 뱉어낸 “목성”입니까? 아니면 점화되지 못한 작은 별에 더 가깝습니까?

JWST 관측은 이 질문에 답하기는커녕 미스터리를 더했습니다. 망원경의 적외선 눈은 수십 개의 세계가 서로 쌍을 이루어 공전하는 것처럼 보이는 것을 발견했습니다. 만약 확인된다면 예상을 뛰어넘는 수수께끼 같은 배열입니다.

“우리는 뭔가를 놓치고 있어요”라고 말했다 니엔케 반 데르 마렐, 네덜란드 라이덴 천문대에서 행성 형성을 연구하는 연구원, "그리고 우리는 그것이 무엇인지 모릅니다."

이러한 있을 법하지 않은 이중성은 별이나 자유롭게 떠다니는 행성에 대한 알려진 형성 이론으로는 쉽게 설명할 수 없습니다. 그러나 JWST가 발표된 지 일주일 만에 연구자들은 거대한 행성이 어떻게 그들의 모계에서 쌍으로 방출될 수 있는지를 설명하는 대담한 새로운 아이디어를 발표했습니다. 이는 대부분의 연구자들이 거의 불가능하다고 생각했던 사건입니다. 제안이 어둡고 별이 없는 세계의 동물원 전체를 완전히 설명할 수 있는지 여부는 아직 밝혀지지 않았습니다. 그러나 연구자들은 자유롭게 떠다니는 세계와 이를 생성하는 항성계에 대한 정교한 이해가 곧 이루어질 것으로 기대합니다.

“만약 [이 발견이] 실제로 확인된다면”이라고 말했습니다. 피터 플라프찬, 목성 쌍을 탐지하는 데 관여하지 않은 조지 메이슨 대학의 천체 물리학자인 그는 “정말 획기적인 일이 될 것입니다.”라고 말했습니다.

어디에나 있는 어두운 세계

자유롭게 떠다니는 세계는 극도로 어둡기 때문에 수세기 동안 천문학자들의 눈에 띄지 않았습니다. 수소를 융합하고 밝게 빛나려면 별의 질량이 목성보다 최소한 80배 이상 커야 합니다. 불량 세계는 훨씬 더 가볍고 일반적으로 목성의 13배 미만의 무게로 정의됩니다. (목성 13~80개 사이의 별은 더 무거운 수소 변종을 융합할 수 있으며 갈색 왜성 또는 천문학자들이 낭만적으로 "실패한 별"이라고 부르는 별로 분류됩니다.)

사실, 자유롭게 돌아다니는 행성이 상대적으로 보이지 않기 때문에 일부 천체물리학자들은 암흑 물질(은하를 하나로 묶는 것으로 보이는 미확인 질량)을 설명할 만큼 이러한 물체가 충분한지 궁금해했습니다. 이 질문은 천문학자들이 1990년대에 그러한 세계의 징후를 찾도록 동기를 부여했으며, 그들은 중력이 앞을 지나간 별의 모습을 왜곡시키는 미묘한 방식을 찾음으로써 그렇게 했습니다. 이러한 "마이크로렌즈" 조사의 간접적인 특성은 자유롭게 떠다니는 개별 물체를 식별하는 데 적합하지 않았지만 암흑 물질을 구성할 만큼 외부에 존재하는 물질이 충분하지 않다는 것을 보여주었습니다.

불량 세계의 첫 번째 이미지는 2000년대에 천문학자들이 발견하면서 나타났습니다. 몇 사물 여전히 형성열로 인해 적외선으로 빛나고 있습니다. 이러한 관찰을 바탕으로 한 가지 가능한 원인이 나타났습니다. 2010년에는 천체 물리학자들을 포함한 숀 레이먼드 프랑스 보르도 대학의 연구진은 행성계의 진화를 시뮬레이션한 결과, 거대 가스 행성이 형제를 모계에서 쫓아낼 때 가끔 발생하는 현상을 발견했습니다. 생존자의 궤도를 늘린다 타원으로. 천문학자들은 이러한 왜곡된 궤도를 보았으며, 레이먼드 그룹과 다른 연구자들은 이를 과거 행성간 트라우마의 상처로 해석했습니다.

자유롭게 떠다니는 세계에 대한 최초의 실질적인 카탈로그는 행성 사냥꾼이 아니라 갈색 왜성보다 무게가 훨씬 작은 별과 같은 물체를 찾는 별 사냥꾼에게서 나왔습니다. 누리아 미레 로이그 비엔나 대학교와 에르베 부이 보르도 대학의 연구진은 많은 별과 행성을 만들어내는 가스 성운을 품고 있는 전갈자리 별자리에서 가장 왜소한 갈색 왜성을 찾고 있었습니다. 26개의 이미지에 있는 80,000만 개 이상의 적외선 핀 중에서 그들은 20년에 걸쳐 관찰하면서 시야를 가로질러 움직이는 희미하게 빛나는 물체를 검색했습니다. 2021년에 그들은 약 XNUMX개의 현상금을 발견했다고 발표했습니다. 100개의 후보 개체 4~13개의 목성 질량으로 알려진 불량 세계의 수가 약 XNUMX배 증가합니다.

분석할 자유 부동 물체 몇 개 이상을 사용하여 연구자들은 이러한 세계가 어디에서 왔는지에 대한 기본적인 질문을 던지기 시작할 수 있습니다. 한 가지 가능성은 행성처럼 새로 태어난 별을 둘러싸고 있는 원반 모양의 잔해로부터 합쳐졌을 가능성입니다. 그리고 레이몬드의 2010년 시뮬레이션 스타일처럼 이웃과의 우연한 만남이 그들을 쫓아냈습니다.

두 번째 가능성은 고립된 수소와 헬륨 구름이 공으로 붕괴될 만큼 밀도가 높아졌을 때 그것들이 단독으로 형성되었다는 것입니다. 이것이 별이 탄생하는 방식이며, 이 세계를 행성이라기보다는 은하계에서 가장 작은 갈색왜성과 더 비슷하게 만들 것입니다.

Miret Roig와 Bouy는 그들의 후보가 두 가지 방식으로 형성된 세계를 포함할 가능성이 높다고 결론지었습니다. 가장 가벼운 물체는 아마도 펀트 행성이었을 것입니다. 그러나 천문학자들은 행성 방출 모델만으로는 쉽게 설명하기에는 너무 많은 것을 발견했습니다.

Miret Roig는 "자유롭게 떠다니는 행성이 많이 있으며 아마도 서로 다른 메커니즘에 의해 형성될 것입니다."라고 말했습니다.

두 가지 기원이 혼합된 것 같았습니다. 그러나 자유롭게 떠다니는 100개의 세계 중 얼마나 많은 것이 행성이고, 얼마나 많은 것이 별과 같은 것인지는 연구자들이 말할 수 없었다.

Miret Roig와 Bouy가 결과를 게시한 지 XNUMX일 후, JWST 출시, 자유 부동 행성 사냥의 새로운 시대와 함께.

목성의 방울

천문학자들은 JWST가 자유롭게 떠다니는 행성을 찾는 기계가 될 것이라고 의심했습니다. 그것은 지구 대기의 간섭하는 어둠을 훨씬 넘어서 있습니다. 그 거대한 거울은 그 전신인 허블 우주 망원경보다 우주의 미세한 특징에 훨씬 더 민감합니다. 그리고 적외선을 포착하므로 희미하게 빛나는 세계를 찾아내는 데 적합합니다.

피어슨과 제휴 마크 맥커린ESA 천문학자인 는 이전에 가능했던 것보다 자유롭게 떠다니는 세계를 더 깊이 관찰하기 위해 노력했습니다. 그들은 별 형성과 행성 형성에 매료되어 둘 사이의 "혼란스러운 회색 영역"에 있는 갈색 왜성과 같은 물체를 목표로 삼기를 원했습니다. Pearson은 "두 세계의 교차점을 얻게 됩니다"라고 말했습니다. 2022년 35월, 피어슨과 맥커린은 오리온자리 벨트에 매달린 검에 있는 중앙 별을 향해 우주 망원경을 회전시켰습니다. XNUMX시간 동안.

결과 12,500개를 정렬하는 데 Pearson 개월이 걸렸습니다. 오리온 성운의 JWST 이미지, 픽셀 단위로. 이 엄청난 작업은 망원경의 뛰어난 감도 때문에 좌절되었습니다. 일반적으로 랜드마크로 사용되는 희미한 물체 중 다수가 JWST의 극도로 민감한 눈을 멀게 했습니다.

“보통 보기 힘든 갈색왜성이 탐지기의 일부를 닦아내고 있었습니다.”라고 그는 말했습니다. 그것은 "다른 어떤 망원경에서도 겪어본 적이 없는 문제였습니다."

우주 모자이크를 완성한 후 Pearson은 자신이 추구했던 수많은 신비한 세계를 보상으로 받았습니다. 몇 개의 목성 덩어리로 구성된 500개 이상의 자유롭게 떠다니는 물체가 오리온 성운을 얼룩덜룩하게 만들었습니다. 그러나 정말 놀랐던 점은 그가 자세히 살펴보았을 때 처음에는 별로 이해가 되지 않았던 것을 발견했다는 것입니다. 빛의 덩어리 중 일부는 목성 질량 물체의 쌍이었습니다. 그는 전체적으로 42쌍의 회전하는 목성을 세었는데, 이는 놀라운 숫자입니다.

“잠깐만요, 왜 이렇게 희미한 것들이 쌍으로 모여 있는 걸까요?” 피어슨은 궁금해했던 것을 회상했습니다. "그런 다음 페니가 떨어졌고 우리는 이 문제를 매우 주의 깊게 살펴봐야 한다는 것을 깨달았습니다."

이론적 관점에서 볼 때, 이 두 가지 방법은 거의 불가능해 보였습니다. 그들은 펀트 행성이 아닐 것입니다. 한 행성이 항성계에서 다른 행성을 쫓아낼 때, 방출된 행성은 거의 항상 혼자 날아갑니다. 그러나 그들 중 다수는 목성만큼 무게가 나가지 않기 때문에 별일 수도 없습니다. 질량이 너무 가벼워서 붕괴하는 가스 구름에서 직접 형성된 물체이기 때문입니다. 팀은 미스터리 듀오를 Jupiter Mass Binary Objects(JUMBO)라고 명명하고 이에 대해 설명했습니다. 전인 2월 XNUMX일 게시됨.

JUMBO는 별과 행성 형성 전문가들을 무심코 붙잡았습니다. “이것은 전혀 예측되지 않았습니다. 이렇게 넓고 자유롭게 떠다니는 행성 물체를 이러한 숫자로 예상할 수 있는 기존 이론은 없습니다.”라고 말했습니다. 매튜 베이트, 별 형성을 전문으로 하는 엑서터 대학교의 천체물리학자입니다.

천문학자들은 이전에 많은 거대한 별들이 파트너와 함께 우주를 돌고 있지만 결합된 별의 비율은 질량에 따라 감소한다는 것을 관찰했습니다. van der Marel은 "우리는 일반적으로 추세가 계속될 것으로 예상합니다."라고 말했습니다. 따라서 그녀는 목성 질량 물체 쌍의 비율이 "10이 되어야 한다"고 말했습니다. JWST 빙고 카드에는 최대 XNUMX%까지 도약한 적이 없습니다.

문제는 JUMBO 중 적어도 일부가 아마도 신기루일 것이라는 점입니다. 물체가 먼지가 많은 환경에 더 깊이 있을수록(그리고 오리온 성운은 극도로 먼지가 많음), 짝이 있을 것으로 예상되는 성운 뒤에 있는 멀리 떨어져 있는 더 무거운 별과 그것을 구별하기가 더 어려워집니다. 이전 연구에서는 자유롭게 떠다니는 세계처럼 보이는 것의 20~80%가 바닐라 별인 것으로 밝혀졌습니다. Miret Roig는 “지금은 조금 조심할 필요가 있습니다.”라고 말했습니다.

봄에 Pearson과 McCaughrean은 JWST를 사용하여 이번에는 더 풍부한 색상 스펙트럼으로 자유롭게 떠다니는 세계를 다시 관찰할 예정입니다. 이러한 후속 관찰은 목성 질량 세계의 숨길 수 없는 특징인 대기에서 메탄이나 물의 흔적을 찾아 어떤 JUMBO가 실제인지 확인하는 데 도움이 될 것입니다.

Pearson은 "일단 스펙트럼을 확보하면 기본적으로 숨을 곳이 없습니다."라고 말했습니다.

신속한 시뮬레이션

확인 없이도 이론가들은 이미 이러한 난해한 세계를 설명하기 위해 경쟁하고 있습니다.

로살바 페르나Stony Brook University의 천체 물리학자인 는 Pearson의 논문을 읽기도 전에 뉴스에서 Orion의 JUMBO에 대해 들었습니다. 페르나와 왕이한 라스베가스 네바다 대학교의 교수는 별이 다른 태양계를 지나갈 때 어떤 일이 일어나는지 연구하고 있었습니다. 그들은 주로 단일 거대 행성을 이용한 시스템 시뮬레이션에 중점을 두었습니다. 하지만 JUMBO를 보고 Perna는 다음과 같은 의문을 갖게 되었습니다. 두 개의 거대한 행성이 있다면 어떨까요? 그녀는 왕에게 전화를 걸어 두 번째 목성을 시뮬레이션에 집어넣으면 어떤 일이 일어날지 물어봤습니다.

Wang은 모든 각도에서 수많은 두 개의 목성 항성계에 디지털 별을 던지는 프로그램을 설정했습니다. 그는 또한 "침입자" 별이 두 행성을 함께 우주로 보내면 이를 알려주는 소프트웨어를 설정하여 JUMBO를 만들었습니다. 그런 다음 그는 대학의 컴퓨팅 클러스터로 코드를 보내고 점심을 먹으러갔습니다.

Wang은 사무실로 돌아와 컴퓨터를 확인했을 때 "쌍성 행성이 형성되었습니다!!!"라는 경고 목록을 발견했습니다.

수백억 번의 시뮬레이션을 통해 팀은 약탈하는 별이 지나갈 때 행성이 서로 매우 가깝다면 목성 쌍을 부팅하는 것이 상대적으로 쉽다는 것을 확인했습니다. 이는 특히 궤도 간격이 좁은 이웃(천왕성과 해왕성)에서 자주 발생했습니다. 이러한 경우 20번의 방출 중 최대 100번이 JUMBO를 생성했습니다(나머지 80개의 단일 행성 생성). 이는 Pearson이 Orion에서 본 10% 비율을 설명하기에 충분합니다. 그러나 궤도 간격이 더 먼 행성(목성-해왕성 등)의 경우 거의 모든 방출이 외로운 행성으로 이어졌습니다.

Wang의 동료의 의견을 바탕으로 주 자오환, 그룹은 XNUMX시간 내내 일했습니다(한 경우에는 유럽으로 비행하는 동안). 세 사람은 결과를 작성했고 사전 인쇄 게시 JUMBO 발견 일주일 후인 9월 XNUMX일.

Pearson은 “그들이 글을 쓰는 속도는 약간 무섭습니다.”라고 말했습니다.

다른 이론천체물리학자들은 아직 새로운 결과를 완전히 이해하지 못했지만 그럴듯하고 놀라운 결과를 얻었습니다. Raymond는 “나는 방출의 관점에서 [자유롭게 떠다니는 한 쌍의 행성을 만드는 것]이 가능하다고 생각하지 않았습니다.”라고 말했습니다. “그런데 이런 논문이 나왔어요.”

그럼에도 불구하고 항성 침입자 이론의 일부 세부 사항은 추가 연구가 필요합니다. 오리온 성운은 수많은 별들이 맴돌고 있는 밀도 높은 곳이지만, 수백만 년 안에 먼저 태양계를 만든 다음 그것들을 깨뜨릴 만큼 혼란스럽습니까? 또한 Pearson과 McCaughrean의 JUMBO 중 다수는 먼 거리에서 서로 궤도를 돌고 있습니다. 명왕성이 지구에서 오는 것보다 서로 몇 배 더 멀리 떨어져 있습니다. 그러나 Wang의 시뮬레이션에 따르면 이렇게 넓은 간격의 JUMBO를 얻을 수 있는 유일한 방법은 천문학자들이 거의 볼 수 없는 유사한 간격의 태양계에서 시작하는 것입니다.

“우리는 어린 별을 직접 영상으로 검색한 결과 [넓은] 궤도에 거대한 행성을 갖고 있는 별이 거의 없다는 것을 알고 있습니다.” 베이트의 말입니다. “오리온에 교란할 만한 대규모 행성계가 많다는 사실을 받아들이기 어렵습니다.”

불량 개체가 풍부합니다.

현 시점에서 많은 연구자들은 이러한 이상한 중간 물체를 만드는 방법이 여러 가지가 있다고 의심합니다. 예를 들어, 이론가들은 약간의 조작을 통해 초신성 충격파가 더 작은 가스 구름을 압축하고 예상보다 더 쉽게 작은 별 쌍으로 붕괴하는 데 도움이 될 수 있음을 발견할 수 있습니다. 그리고 Wang의 시뮬레이션은 거대 행성을 쌍으로 부팅하는 것이 적어도 어떤 경우에는 이론적으로 불가피하다는 것을 보여주었습니다.

많은 질문이 남아 있지만 지난 XNUMX년 동안 발견된 수많은 자유롭게 떠다니는 세계는 연구자들에게 두 가지를 가르쳐주었습니다. 첫째, 그것들은 수십억 년이 아니라 수백만 년에 걸쳐 빠르게 형성됩니다. 오리온에서는 가스 구름이 붕괴되고 행성이 형성되었으며, 일부는 아마도 현대 인류가 지구에서 진화하는 동안 지나가는 별에 의해 심연으로 끌려 갔을 것입니다.

반 데르 마렐은 “현재 모델로는 1만년 안에 행성을 형성하는 것이 어렵다”고 말했다. "이 [발견]은 그 퍼즐에 또 다른 조각을 추가할 것입니다."

둘째, 세상에는 묶이지 않은 수많은 세계가 있습니다. 그리고 무거운 가스 거대 기업은 볼링공이 당구대를 떨어뜨리기 가장 어려운 물체인 것처럼 시스템에서 제거하기가 가장 어렵습니다. 이 관찰은 목성이 발견될 때마다 자유롭게 떠다니는 수많은 해왕성과 지구가 눈에 띄지 않는다는 것을 암시합니다.

우리는 아마도 모든 규모의 추방된 세계로 가득 찬 은하계에 살고 있을 것입니다.

이제 갈릴레오가 지구의 하늘에 있는 무수히 많은 빛(달, 행성, 별)에 감탄한 지 거의 XNUMX년이 지난 지금, 그의 후계자들은 그들 사이에 표류하는 어두운 물체의 빙산의 가장 밝은 일각을 알게 되었습니다. 작은 별, 별이 없는 세계, 보이지 않는 소행성, 외계 혜성 등.

Raymond는 “우리는 스타들 사이에 헛소리가 많다는 것을 알고 있습니다.”라고 말했습니다. 이런 종류의 연구는 "자유롭게 떠다니는 행성뿐만 아니라 일반적으로 자유롭게 떠다니는 물질에 대한 모든 것을 볼 수 있는 창을 여는 것"입니다.

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