우주 이야기 1319 - 태양보다 더 뜨거운 갈색왜성

 (Phased radial-velocity curves of WD 0032−317. a, trailed UVES spectrum for the H𝛼 line of WD 0032−317 (blue represents lower fluxes, and yellow represents higher fluxes), folded over the orbital period (𝑃 = 8340.9090 s). The primary absorption is clearly seen in blue. The emission from the companion (in yellow) appears in anti-phase with the primary, and is visible only from the irradiated day side, between orbital phases ∼ 0.2–0.8. Its "inverted" shape, evident especially near quadrature, is the result of non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) effects [40]. b, radial velocity curves (top panel) of the white dwarf (blue circles) and the irradiated companion (red diamonds), folded over the orbital period (𝑃 = 8340.9090 s). The primary's (secondary's) best-fit curve is marked by the blue dashed (red dotted) line on both panels. The bottom panels show the residuals of the white-dwarf component (middle) and the irradiated companion (bottom). The error bars show the standard deviation. The illustrations on top demonstrate the system's configuration at each orbital phase. Credit: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2306.08672)

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국제 과학자팀이 태양보다 표면 온도가 더 뜨거운 갈색왜성을 발견했습니다. 태양 질량의 40% 정도 되는 작은 백색왜성 WD 0032−317 주변을 도는 동반성인 갈색왜성 WD 0032−317B가 그 주인공으로 표면온도가 무려 8000K에 달합니다.

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갈색왜성은 흔히 실패한 별로 불리는 데, 태양 질량의 0.08% 혹은 목성 질량의 대략 80배 이하 질량을 지녀 안정적인 핵융합 반응 유지가 힘들기 때문입니다. 태양 질량의 13배에서 80배 사이에 있으면서 중수소나 삼중수소를 이용해서 약한 핵융합 반응을 일으키는 천체로 당연히 표면 온도도 낮아 망원경으로 포착하기가 어렵습니다.

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하지만 WD 0032−317B의 경우 백색왜성이 된지 얼마 되지 않은 동반성을 2.3시간 주기로 공전하고 있어 온도가 매우 뜨겁습니다. 백색왜성의 경우 뜨거운 별의 중심부가 뭉친 것이기 때문에 스스로 핵융합 반응을 일으키지 않아도 온도가 수만도에 달합니다. 서서히 식기는 하지만, 아직 열에너지의 대부분을 보존하고 있어 상당히 뜨거운 것입니다. WD 0032−317의 표면 온도는 37000K로 동반성을 뜨겁게 달굴 수 있을 정도입니다.

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WD 0032−317B는 본래 2000년 대 초반에 유럽 남방 천문대의 VLT 망원경에 포착되었으나 당시에는 정상적인 크기의 동반성 정도로 생각됐습니다. 하지만 후속 관측에서 질량이 목성의 75-88배 정도로 큰 갈색왜성으로 표면 온도가 정상적인 상황에서는 그렇게 뜨거울 수 없다는 점이 확인되어 다시 연구가 되었습니다.

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한 가지 더 흥미로운 부분은 이 갈색왜성이 백색왜성과 너무 가까이 있어 지구 - 달처럼 조석 고정이 이뤄졌다는 것입니다. 따라서 낮인 부분은 항상 낮이고 밤인 부분은 항상 밤입니다. 두 면 사이의 온도 차이는 1300-3000K에 달할 것으로 예상됩니다. 표면은 엄청난 바람이 불고 있을 가능성이 높습니다.

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아마도 이 갈색왜성은 동반성이 죽는 과정에서 가스를 뿜어내면서 속도를 잃어 점점 더 가까이 다가갔으나 삼켜지는 운명만은 구사일생으로 피한 경우일 것입니다. 하지만 이렇게 뜨거운 상태라면 점점 가스를 잃어버릴 수도 있을 것 같습니다. 이들에 기이한 사연에 대해서도 추가 연구가 필요할 것 같습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-06-discovery-brown-dwarf-hotter-sun.html

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Na'ama Hallakoun et al, An irradiated-Jupiter analogue hotter than the Sun, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2306.08672

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