(The top panel shows the low-frequency FT of PG 0112+104. We identify two significant peaks, marked with red dots, which describe photometric modulation at the rotation period and its first harmonic. The bottom panel shows the K2 light curve binned into 200 points, folded at the rotation period of 10.17404 hr, and repeated for clarity. A simple spot model is underplotted in red and described in the text. Credit: Hermes et al., 2016)
태양 같은 주계열성은 마지막 순간에 적색 거성이 된 후 주변으로 가스를 내보내고 백색왜성으로 영겁의 세월을 살아가게 됩니다. 백색왜성은 강한 중력에 의해 물질이 압축된 천체로 태양 질량의 백색왜성이라도 지구보다 좀 더 큰 정도에 불과할만큼 작습니다. 그래서 표면 중력이 지구와는 비교할 수 없을 만큼 강력합니다.
과학자들은 백색왜성의 존재를 알아낸 이후 많은 관측을 해왔지만, 워낙 크기가 작다는 점 때문에 그 표면을 관측하기는 매우 어려웠습니다. 현재까지도 관측의 대부분은 밝기, 온도, 스펙트럼 분석 등에 집중되어 있습니다. 하지만 여기에서 백색왜성의 표면이 균일하지 않을 뿐 아니라 사실 대기를 가지고 있다는 사실이 밝혀졌습니다.
노스캐롤라이나 대학의 J.J. 헤르메스(J. J. Hermes of the University of North Carolina)를 비롯한 연구팀은 나사의 K2 케플러 관측 데이터를 이용해서 태양 질량의 0.5배 정도되는 백색왜성 PG 0112+104의 밝기 변화를 조사했습니다. 그 결과 이전에 알려지지 않았던 형태의 밝기 변화가 있을 뿐 아니라 표면에 헬륨의 대기를 가지고 있음이 조사되었습니다. (helium-atmosphere (DB) white dwarf)
이 헬륨 대기는 별이 최후를 맞을 때 중심에 있던 수소와 탄소외에도 중심층 바로 위에 있던 헬륨 일부가 남은 것으로 보입니다. 온도는 3만K인데, 백색왜성 자체는 열을 만들지 않지만, 워낙 뜨거운 별의 중심부가 뭉쳐있어 장시간 뜨거운 표면 온도를 유지합니다. 따라서 헬륨 대기 역시 매우 뜨거운 상태이지만, 강력한 중력 때문에 백색왜성을 탈출하지는 못합니다.
새롭게 발견된 주기적 밝기 변화는 11종에 달하는데, 연구팀은 이것이 백색왜성의 자전과 연관이 있다고 보고 있습니다. 만약 표면 밝기가 일정하지 않은 경우 (예를 들어 자기장의 영향으로 인해) 밝기는 규칙적으로 변할 텐데, 이번 연구에서는 백색왜성의 자전 주기가 10.17시간으로 조사되었습니다.
보통 별의 자전 속도는 빠르긴해도 크기가 크기 때문에 자전 주기는 긴 편입니다. 하지만 작게 뭉치는 과정에서 각운동량 보존 법칙에 의해 자전속도가 매우 빨라지게 됩니다. 따라서 백색왜성의 자전속도가 이렇게 빠르다는 점은 놀랄만한 일은 아닐 것입니다.
앞으로 과학자들은 백색왜성에 대한 비밀을 풀기 위해서 더 정밀한 관측을 시도할 것입니다. 언젠가는 백색왜성이 정말 어떻게 생긴 천체인지에 대한 비밀 역시 드러날 것으로 기대됩니다.
참고
A deep test of radial differential rotation in a helium-atmosphere white dwarf: I. Discovery of pulsations in PG 0112+104, arXiv:1612.07807 [astro-ph.SR] arxiv.org/abs/1612.07807
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