기본 콘텐츠로 건너뛰기

중성자별 주위를 도는 다이아몬드 행성



 
Transformation of a Star into a Planet in a Millisecond Pulsar Binary



 최근 중성자별에 대한 연구가 진행되면서 중성자별 주위에도 행성이 존재할 수 있다는 사실이 밝혀지기 시작했다. 스윈번 대학 (Swinburne University of Technology in Melbourne ) 의  Matthew Bailes 교수가 이끄는 이탈리아, 호주, 미국, 영국, 독일의 다국적 연구팀은 다수의 전파 망원경 및 하와이 켁 망원경을 사용해서 PSR J1719-1438 라는 새로운 펄서를 발견했다. 이 펄서는 뱀자리 방향으로 지구에서 4천 광년 정도 떨어져 있다.


 (이해를 돕기 위해 이전 중성자성 관련 포스팅을 참조하기 바람   : http://blog.naver.com/jjy0501/100132004976 )


 이 펄서는 초당 175 회 정도 회전하는 밀리세컨드 펄서로 (5.7  ms) 아주 작은 동반성으로 인해 마치 팽이처럼 흔들리는 모습이 관측되었다. (아래 그림을 참조) 과학자들은 이와 같은 규칙적인 흔들림으로부터 작은 동반성의 존재 및 질량을 예측할 수 있다. 물론 이를 통해 동반성이 항성인지, 중성자성인지 혹은 행성인지도 감별해 낼 수 있다. 이 펄서를 이루는 중성자별의 동반성은 목성 질량 정도의 행성인 것으로 예상된다. 



(가운데 별이 중성자별이고 주변의 노란 구는 태양의 크기. 그리고 원으로된 점선은 동반 행성 (아마도 다이아몬드 행성으로 추정) 의 공전 궤도이다. 이 행성과 모성과의 거리는 60 만 km 에 불과하다. 중앙의 중성자별은 막대한 방사선을 방출하는데 초당 175 회 자전하므로 지구에서는  밀리세컨드 펄서로 관측된다. 이 방사선의 방향을 파란 선으로 표시했다. 동반성에 의해 이 방사선의 방향이 뒤틀리게 된다. 물론 이것은 흔들림을 과장한 개념도이다. (Credit: Swinburne Astronomy Productions) )


 사실 최근들어 중성자별 주위를 도는 행성들이 하나씩 밝혀지고 있어서 드물기는 하지만 이것 자체는 불가능한 일은 아니다. 하지만 흥미로운 사실은 그 다음이었다. 과학자들은 펄서의 진동을 자세히 관측한 결과 이 동반 행성의 공전 주기가 불과 2시간 10분에 불과하다는 사실을 알았다. 그렇다면 이 외계 행성은 중성자별으로 부터 불과 60 만 km 떨어진 위치를 공전해야 하는데 이 위치에선 중성자별의 강력한 조석력에 의해 보통의 물질로 구성되었다면 이미 산산 조각이 나서 중성자별로 빨려 들어가야 했다. (이와 비슷한 사례는 태양계에서 목성에 충돌한 슈메이커 레비 혜성에서 볼 수 있다. 슈메이커 레비 혜성은 목성의 조석력에 의해 산산 조각난 후 충돌했다) 


 사실 60 만 km 면 태양의 반지름 안쪽이므로 이 행성의 공전궤도는 태양의 반지름 약간 보다 작다. 그리고 안쪽의 중성자별은 태양 보다 1.4 배가 넘는 질량에도 불구하고 크기는 지름 20 km 정도로 축소되어 있다. 공전 속도 및 조석력을 감안하면 이 중성자별 주위를 도는 행성은 적어도 입방 센티당 23 g 의 밀도를 가진 꽤 단단한 물체로 생각된다. 연구자들은 행성이 어떤 물질로 구성되야 이런 높은 밀도를 지니면서 분해되지 않고 안정적으로 중성자별 주위를 공전할 수 있는지 가설을 세웠다. 


 이중에서 가장 흥미로운 가설은 바로 다이아몬드 행성 가설이라고 할 수 있는 초저질량 탄소 백색 왜성이다. 연구자들이 검토한 여러 시나리오 중 하나는 바로 주로 탄소와 산소로 구성된 백색왜성 (우주에서 가장 흔한 형태의 백색 왜성이다. 이전 백색 왜성 포스팅 참조 http://blog.naver.com/jjy0501/100129205482  ) 이 본래 이 중성자 별의 동반성이었는데 아주 근접거리에서 대부분의 물질을 중성자성에서 빼앗기면서 중성자별의 자전 속도는 더 빨라지고 (초당 175 회) 나머지 목성 정도 되는 질량 물질은 중성자별 주위를 돌고 있다는 것이다. 아마도 동반성은 본래 질량의 99.9 % 를 잃은 것으로 생각된다. 


 이전부터 과학자들은 중성자별이 주변의 다른 천체 - 동반 항성 혹은 백색왜성 등 - 의 물질을 흡수하면서 자전 속도가 더 빨라진다는 가설을 세웠다. 그로 인해 1분에 1만번 이상 자전할 수 있는 초고속의 밀리세컨드 펄서들이 생길 수 있다는 것이다. 이번 관측은 이 가설을 뒷받침 할 수 있는 내용으로 사실 남아있는 천체는 먹고 남은 아주 작은 찌꺼기에 가까운 것이다. 달리 보면 백색왜성이 중성자별로 끌려 들어가  조석력으로 부서진 후 흡수되고 남은 부분이 주위를 도는 셈이다.


 다만 대부분의 물질이 탄소로 구성되어 있으면서 단단하게 압축되어 있기 때문에 사실상 그 상태는 다이아몬드와 같을 것으로 추정하고 있다. 이 남은 백색 왜성은 단단해서 쉽게 조석력에 의해 분해되지 않는 것으로 보인다. 단단한 중심부 핵만 남고 나머지는 다 중성자별로 빨려 들어간 셈이다. 연구자들은 이를 초저질량 탄소 백색 왜성 ultra-low-mass carbon white dwarf  라고 부르고 있다.  단 이 남은 별은 이제 행성 범주의 질량을 가지기 때문에 행성이라고 부를 수 있다. (논문 제목도 '밀리세컨드 펄서 쌍성안에서 항성이 행성으로 변화' 이다)


 이 흥미로운 가설을 포함한 논문은 사이언스 지에 기재되었다. 


Journal Reference:
  1. M. Bailes, S. D. Bates, V. Bhalerao, N. D. R. Bhat, M. Burgay, S. Burke-Spolaor, N. D'Amico, S. Johnston, M. J. Keith, M. Kramer, S. R. Kulkarni, L. Levin, A. G. Lyne, S. Milia, A. Possenti, L. Spitler, B. Stappers, W. van Straten. Transformation of a Star into a Planet in a Millisecond Pulsar Binary. Science, 2011; DOI: 10.1126/science.1208890


참고 : 

댓글

이 블로그의 인기 게시물

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...

렘 수면이 식이 패턴에 영향을 준다?

  ( Using a techniqu e called optogenetics, the activity of cells in the brain can be specifically suppressed with light pulses. Credit: Pascal Gugler / Insel Gruppe )  수면 중 빠른 안구 운동이 발생하는 렘 (REM) 수면은 아직도 그 기능이 완전히 밝혀지지 않았지만, 수면에서 매우 중요한 부분이라는 사실은 확실합니다. 렘 수면은 꿈과 관련이 깊으며 전체 수면 시간이 부족하지 않더라도 렘 수면 시간이 짧으면 다음날 집중력이 떨어지고 많이 피곤하게 됩니다. 아마도 렘 수면 시간 동안 여러 가지 기능과 작업이 이뤄짐을 시사하는 결과입니다.   베른 대학교 ( University of Bern )의 과학자들은 쥐를 이용한 동물 모델을 통해서 렘 수면이 식이 패턴에 미치는 영향을 조사했습니다. 연구팀은 렘 수면이 외측 시상하부 ( lateral hypothalamus)에 영향을 주어 식욕을 조절할 수 있다는 증거를 발견했습니다. 외측 시상하부는 모든 포유류에서 볼 수 있는 시상하부의 작은 핵으로 식욕을 조절하는데 중요한 역할을 하는 것으로 생각됩니다. 과거 과학자들은 렘 수면 동안 외측 시상하부가 활성화되는 것을 확인했지만, 렘 수면이 실제 식욕을 조절하는지에 대해서는 알지 못했습니다. 렘 수면 동안 외측 시상하부만 차단할 방법이 없었기 때문입니다.   연구팀은 빛으로 살아있는 세포를 조절하는 기술인 광유전학 (optogenetic) 방식으로 렘 수면 중인 쥐의 외측 시상하부 활동을 차단했습니다. 그 결과 쥐의 식욕이 저하되는 것을 확인할 수 있었습니다. 불과 하루 간 차단만으로도 4일 정도 효과가 지속될 정도로 식욕에 대한 영향이 컸습니다. 이는 렘 수면이 식욕을 적절하게 유지하는 데 도움을 준다는 점을 시사합니다.   사실 최근에 다이어트에 대한 수요가 폭발해서 ...

벽돌 속에 전기를 저장하는 코팅

  ( Red brick device developed by chemists at Washington University in St. Louis lights up a green light-emitting diode. The photo shows the core-shell architecture of a nanofibrillar PEDOT-coated brick electrode. Credit: D'Arcy laboratory, Department of Chemistry, Washington University in St. Louis )  신재생 에너지 확대와 에너지를 24시간 차질 없이 공급해야 하는 기업과 기관 (예를 들어 병원, 금용기관, 중요 산업 시스템 및 기타 갑자기 시스템을 중지할 수 없는 분야)이 증가함에 따라 에너지 저장 장치 (ESS)의 수요 역시 가파르게 증가하고 있습니다. 특히 풍력과 태양광처럼 에너지 생산량 변동이 심한 에너지원이 보급되면서 값싸고 안전하게 대량의 에너지를 저장할 수 있는 방법의 요구가 커지고 있습니다.   워싱턴 대학 줄리오 다르시 ( Julio D'Arcy ) 교수가 이끄는 연구팀은 평범한 벽돌에 전기를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀의 접근법은 전기가 통하는 폴리머 소재인  PEDOT를 코팅해 벽돌 자체를 슈퍼 커패시터 (콘덴서)로 만드는 것입니다. 화학 배터리 대신 슈퍼 커패시터에 전기를 저장하는 연구는 일찍부터 있어왔지만, 흔한 벽돌 소재의 슈퍼 커패시터는 참신한 시도라고 할 수 있습니다. 벽돌에 에너지를 저장하려는 시도 역시 이전에도 있었지만, 대개 열을 저장하는 방식이었고 전기 자체를 저장하는 방식은 새로운 시도입니다.   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221592595133  연구팀에 따르면 일반적인 크기의 벽돌에 PEDOT 소재를 코팅할 경우 최대 10분 정도 LED 전...