원반으로 이루어진 우주

NASA Hubble Space Telescope

우리가 사는 태양계와 은하계는 팬케익 같이 평평한 회전 원반이다. 젊은 별이나 블랙홀, 쌍성 주위 등에도 가스와 암석의 원반이 있다. 원반은 우주의 도처에 존재하고 막대한 에너지를 방출하며 밝게 빛난다. 이 에너지를 만들어내는 메커니즘은 무엇일까?

원반 내부에서는 물질이 중력에 의해 중심을 향해 떨어지는데. 그 때 손실되는 '중력 포텐셜 에너지'가 물질끼리의 마찰에 의해 열이나 빛이 방출된다. 하지만 이 정도의 에너지를 생산하기 위해서는 대량의 물질이 중심으로 유입되어야 한다. 이러한 질량 유입을 일으키는 메커니즘은 알려지지 않았다.

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Kornmesser (ESO)

최근 이 수수께끼에 돌파구를 열었다. 강착원반 내 물질이 전도성을 가지고 자기를 띠고 있다면, 자기장에 의해 원반의 물질 흐름이 불안정하게 되는 것을 알아냈다. 이 불안정성에 의해 난류가 발생하여, 원반 안에서 다양한 물질의 충돌이 일어나고 물질의 유입이 촉진되는 것 같다.

원반은 행성계의 근원이 되는 원시 행성계 원반이나 블랙홀 주위의 원반 등 다양한 종류가 있다. 자기가 유발하는 난류가, 다른 유형의 다양한 원반에서 어떻게 변화하고 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구가 계속되고 있다. 젊은 별과 활동은하의 핵 등의 원반은 입자 제트를 분출할 수 있다. 이러한 제트와 원반의 난류와의 관련도 주목 대상이다.

우리가 사는 태양계를 만들어 낸 것도 강착원반이었다. 강착원반의 해명은 인류가 어떻게 탄생했는지에 대한 해명으로 이어질지도 모른다.

저자
Omer Blaes
캘리포니아대학 샌타바버라 교의 물리학 교수로 지속적으로 강착원반의 동적 구조를 연구해 왔다. 1985년 이탈리아 트리에스테의 국제첨단연구소에서 Ph.D.를 취득 후, 캘리포니아공과대학과 토론토의 캐나다이론천체물리학연구소에서 박사 후 연구원으로 연구에 종사했다. 전문은 고에너지천체물리학. 강착원반의 연구 외에도 블랙홀이나 중성자별, 백색왜성 등 소형 천체에 관심을 가지고 있다.

원제 이름
A Universe of Disks (SCIENTIFIC AMERICAN October 2004)