우주 이야기 1103 - 오래된 백색 왜성에 사라진 우주 초기 행성의 비밀이 숨어 있다?

(Credit: Dr. Mark A. Garlick)

백색왜성은 태양 같은 별이 마지막 순간에 가스를 날려보내고 남은 물질이 뭉쳐서 형성된 천체입니다. 그런만큼 대부분은 산소와 탄소 같은 원소로 되어 있고 대기라고 부를 수 있는 표면 위 옅은 층에는 헬륨이나 수소가 존재합니다. 별의 주요 원소를 생각하면 당연한 결과물이지만, 가끔씩 대기에서 불순물이 검출되기도 합니다. 과학자들은 무거운 원소를 포함한 불순물이 주로 주변에 있다가 삼켜진 행성에서 왔다고 보고 있습니다.

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워릭 대학의 마크 A 홀랜즈 (Mark A. Hollands, Department of Physics, The University of Warwick)가 이끄는 연구팀은 오래된 백색왜성들이 우주 초창기 형성된 행성들을 연구할 수 있는 기회가 될 수 있다고 주장했습니다.

물론 태양이나 그보다 작은 별의 경우 수명이 100억년 이상으로 매우 길기 때문에 백색왜성으로 남은 경우가 많지 않으나 태양 질량의 몇 배만 되도 수명이 급격히 줄어들기 때문에 우주의 나이가 지금보다 훨씬 젊을 때 생성된 백색왜성도 존재합니다. 다만 이렇게 오래된 백색왜성은 표면 온도가 낮고 어두워 찾기가 어렵다는 문제점이 있습니다.

연구팀은 유럽 우주국의 가이아 (Gaia) 같은 거대 관측 데이터가 도움이 될 수 있다고 보고 있습니다. 가이아는 온도가 낮고 어두운 백색왜성 수십 개를 찾아냈습니다. 백색왜성 자체는 핵융합을 통해 열을 내지 않으나 뜨거운 별의 중심부가 뭉쳐져 형성된 만큼 표면온도가 오히려 별보다 더 뜨겁습니다. 질량은 큰 반면 표면적이 작아 식는데도 오랜 시간이 걸립니다. 하지만 수십 억년이 지난 후에는 표면이 점점 식기 시작합니다. 만약 이런 백색왜성의 대기에서 칼슘이나 리튬 같은 다른 원소의 스펙트럼을 발견할 수 있다면 과거 행성이 잡아먹힌 흔적으로 볼 수 있을 것입니다. 따라서 앞으로 연구가 필요합니다.

태양 역시 먼 미래에는 이렇게 될 것입니다. 적색거성 단계에서 삼킨 수성과 금성은 먼 미래 백색왜성의 대기에 그 흔적을 남길 수 있습니다. 지구의 운명은 분명치 않지만, 역시 잡아먹힐 가능성이 있습니다. 우리가 찾아낸 오래된 백색왜성의 원소들은 한 때 생명체를 이뤘던 원자들일지도 모릅니다.

참고

Mark A. Hollands, et al. Alkali metals in white dwarf atmospheres as tracers of ancient planetary crusts. arXiv:2101.01225v1 [astro-ph.EP] arxiv.org/abs/2101.01225

https://phys.org/news/2021-02-white-dwarf-atmospheres-pulverized-crusts.html

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