우주 이야기 1327 - 우주에서 가장 차가운 갈색왜성

(An image displaying the relative size of a typical brown dwarf star. In the instance of the star in this study, the brown dwarf is smaller than Jupiter (between 0.65 and 0.95 its radius) but is more massive, somewhere between four and 44 times the mass of Jupiter. Credit: NASA/JPL)

천문학자들이 역사상 가장 차가운 갈색왜성을 관측했습니다. 갈색왜성은 태양 질량의 0.08배 혹은 목성 질량의 80배 이하인 가스 천체로 목성 질량의 13배가 넘어 중수소나 삼중수소에 의한 부분적인 핵융합 반응은 일어나나 안정적인 수소 핵융합 반응은 일어나지 않는 천체입니다.

그런만큼 갈색왜성은 어두워서 일반적인 망원경으로는 관측이 되지 않습니다. 차가운 물체에서 나오는 적외선이나 그보다 파장이 긴 전파 영역에서 관측이 가능합니다.

2011년 칼텍의 과학자들에 의해 발견된 T8 왜성인 WISE J062309.94−045624.6 역시 그런 경우로 지구에서 37광년 밖에 떨어지지 않았지만, 너무 어두워 정확히 관측하기가 어려웠습니다.

시드니 대학의 대학원생인 코비 로즈 (Kovi Rose)는 ASKAP 망원경을 이용해 전파 영역에서 WISE J062309.94−045624.6을 관측했습니다. 사실 갈색왜성의 자기장은 별보다 약하기 때문에 관측이 매우 어렵습니다. 하지만 연구팀은 생각보다 강한 자기장 덕분에 관측에 성공했습니다.

관측 결과 WISE J062309.94−045624.6의 표면 온도는 섭씨 425도에 불과했습니다. 갈색왜성의 표면 온도가 본래 낮기는 하지만, 이렇게 낮은 경우는 드물기 때문에 이 갈색왜성은 초저온 갈색왜성 (ultracool brown dwarf)으로 분류됩니다.

이 갈색왜성은 질량에 목성의 44배 이하인데 지름은 오히려 목성보다 작은 0.65-0.95배에 달합니다. 강한 중력과 낮은 온도로 인해 가스가 압축되기 때문입니다.

강한 자기장의 원인은 잘 모르지만, 빠른 자전 속도가 원인 중 하나가 될 수 있습니다. 구름의 이온화된 입자들이 빠른 자전에 의해 강력한 자기장을 만들고 여기에서 전파가 나오는 것입니다.

갈색왜성은 우리 은하에 엄청난 숫자가 숨어 있는 것으로 생각되나 그 정확한 숫자나 특징에 대해서는 모르는 것이 많습니다. 심지어 지구에 가까운 갈색 왜성도 관측에 어렵기 때문입니다. 하지만 강력한 차세대 전파 망원경이 완성되면 이 질문에 대한 답도 정확히 얻을 수 있을 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2023-07-astronomers-coldest-star-emits-radio.html

Kovi Rose et al, Periodic Radio Emission from the T8 Dwarf WISE J062309.94–045624.6, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/ace188

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