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2017년 6월 11일 일요일

우주 이야기 664 - 실패한 별과 죽은 별



(K2 lightcurve (black jagged curve) folded about a period of 71.23 minutes. The red curve represents a simple geometrical model with a 5-minute long total eclipse and a 9% contribution to emulate an illumination effect on the companion star. The blue curve is the fit to the model based on the length of the K2 observations. Credit: Bishop's University)

(The final fate of WD1202 as a cataclysmic variable. The brown dwarf overflows its tear-drop-shaped Roche lobe and loses mass to the compact white dwarf accretor An accretion disk of hot hydrogen gas surrounds the white dwarf. Credit: Bishop's University)


 태양 같은 주계열성은 나중에 적색 거성이 된 후 마지막 단계에서 대부분의 가스를 상실하고 남은 산소와 탄소 등이 압축되어 백색왜성이 됩니다. 우주에 별이 많은 만큼 백색왜성은 우주에 비교적 흔한 천체입니다. 동시에 백색왜성이 다른 별과 동반성을 이루는 경우도 흔합니다. 


 아마도 주계열성 - 백색왜성의 동반성만큼 흔한 것이 우주에서 매우 흔한 천체인 갈색왜성(brown dwarf)와 백색왜성의 쌍성계일 것입니다. 다만 이 경우에는 발견이 쉽지 않다는 문제가 있습니다. 최근 국제 천문학자팀은 케플러 우주 망원경 (K2)를 이용해서 실제로 이런 쌍성계 조합을 찾아냈습니다. 


 SDSS 데이터에서 WD1202-024라고 인식된 뜨거운 백색왜성이 그 주인공으로 대략 태양 질량의 40% 질량을 지닌 백색왜성입니다. 이 주변에 목성 질량의 67배 혹은 태양 질량의 6.7% 정도 되는 갈색왜성이 공전하고 있습니다. 갈색 왜성은 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지할 수 없어 실패한 별로 불립니다. 


 이 두 천체는 매우 가까운 거리에서 아주 빠르게 공전하고 있습니다. 그 속도는 초속 100km에 달하며 공전 주기는 불과 71.2분에 지나지 않습니다. 본래 WD1202는 태양 질량의 1.25배 정도 되는 주계열성으로 추정됩니다. 그리고 갈색왜성이 그 주변을 150일 주기로 공전했던 것으로 보이지만, 마지막 순간에 적색거성이 되면서 갈색왜성의 공전 주기가 짧아졌던 것으로 생각됩니다. 


 마지막 순간에 갈색왜성은 적색 거성에 삼켜지는 운명은 피할 수 있었지만, 백색왜성과 너무 가까운 거리에 위치해서 앞으로 결국 사라질 운명에 놓여 있습니다. 연구팀은 갈색왜성의 공전 에너지가 중력파의 형태로 서서히 방출되어 2억5천만년 이후에는 결국 갈색왜성이 개념도에서 보듯이 백색왜성에 흡수되는 운명을 겪을 것으로 예상하고 있습니다. 


 비록 직접 관측은 어렵지만, 백색 왜성 주변에는 행성이나 아니면 갈색왜성이 공전하는 경우도 드물지 않을 것입니다. 이들의 운명은 우리 지구의 미래를 보여주는 것과 같기 때문에 흥미로운 주제입니다. 


 참고 


"WD 1202-024: The Shortest-Period Pre-Cataclysmic Variable," S. Rappaport, A. Vanderburg, L. Nelson, B. L. Gary, T. G. Kaye, B. Kalomeni, S. B. Howell, J. R. Thorstensen, F.-R. Lachapelle, M. Lundy, and J. St-Antoine, 2017, submitted to Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Preprint: arxiv.org/abs/1705.05863 




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