(This artist's concept shows the two-faced white dwarf nicknamed Janus. The blue-tinted dead cinder of a star, which was once a star like our sun, is composed primarily of hydrogen on one side and helium on the other (the hydrogen side appears brighter). The peculiar double-faced nature of this white dwarf might be due to the interplay of magnetic fields and convection, or a mixing of materials. On the helium side, which appears bubbly, convection has destroyed the thin hydrogen layer on the surface and brought up the helium underneath. Credit: K. Miller, Caltech/IPAC)
태양 같은 별이 죽으면 주변으로 가스를 뿜어낸 후 남은 물질이 모여 백색왜성이 됩니다. 백색왜성의 주 구성 성분은 핵융합의 결과물인 산소와 탄소입니다. 그리고 헬륨과 수소가 표면에 남아 있습니다. 따라서 백색왜성의 표면 구성 물질은 대부분 수소와 헬륨입니다.
하지만 칼텍의 포닥 연구자인 일라리아 카이아조 (Ilaria Caiazzo, a postdoctoral scholar at Caltech)가 이끄는 연구팀은 Zwicky Transient Facility (ZTF)를 통해 전혀 예상하지 못했던 표면 구조를 지닌 백색왜성을 발견했습니다.
ZTF를 통해 발견한 백색왜성 ZTF J1901+1458는 15분 주기로 밝기의 변화가 있었습니다. 연구팀은 그 이유를 알기 위해 여러 개의 망원경을 이용해 추가 관측을 시행했습니다. 팔로마 천문대의 키메라 (CHIMERA), HiPERCAM/Gran Telescopio Canarias, 그리고 켁 망원경의 관측 데이터를 분석했습니다. 그리고 스펙트럼 데이터에서 결정적인 증거를 찾아냈습니다.
ZTF J1901+1458는 한쪽 면이 헬륨, 다른 한쪽이 수소로 되어 있는 독특한 투페이스 행성이었습니다. 연구팀은 로마 신화의 두 얼굴의 신의 이름을 따 야누스 (Janus)라는 명칭을 붙였습니다.
(This artist's animation shows the two-faced white dwarf nicknamed Janus rotating on its axis. The blue-tinted dead cinder of a star, which was once a star like our sun, is composed primarily of hydrogen on one side and helium on the other (the hydrogen side appears brighter). The peculiar double-faced nature of this white dwarf might be due to the interplay of magnetic fields and convection, or a mixing of materials. On the helium side, which appears bubbly, convection has destroyed the thin hydrogen layer on the surface and brought up the helium underneath. The white dwarf's rotation has been sped up in this animation; normally, it rotates around its axis every 15 minutes. Credit: K. Miller, Caltech/IPAC)
야누스가 왜 한쪽은 헬륨, 반대쪽은 수소인 표면을 갖게 되었는지는 사실 알 수가 없습니다. 하지만 연구팀은 강력한 자기장의 불균형이 그 이유일 것으로 보고 있습니다. 백색왜성의 표면 온도가 시간이 지나면서 식으면 헬륨이나 수소 같은 가벼운 원소들이 중력에 의해 가라앉으면서 섞이는데, 이 과정을 강력한 자기장이 방해하는 것입니다. 더 강력한 자기장이 있는 쪽에는 아직 혼합이 안되어 수소가 있고 약한 쪽에는 이미 혼합이 이뤄져 헬륨이 풍부하다는 것이 연구팀의 가설입니다.
(Scientists think that magnetic fields may explain the unusual two-face appearance of the white dwarf nicknamed Janus. One side of the dead star's surface is composed primarily of hydrogen, while the other side is helium, as seen in this artist's animation. Asymmetric magnetic fields (seen as looping lines) may have influenced the mixing of materials in the white dwarf in such a way to have caused their uneven distribution. The white dwarf's rotation has been sped up in this animation; normally, it rotates around its axis every 15 minutes. Credit: K. Miller, Caltech/IPAC)
(Credit: California Institute of Technology)
물론 이 가설을 검증하기 위해서는 더 많은 백색왜성에서 비슷한 현상을 관측해야 합니다. 연구팀은 앞으로 후속 연구를 통해 비슷한 야누스 백색왜성들을 더 찾아볼 계획입니다. 여담이지만, 배트맨에 나오는 투 페이스가 야누스보다 더 멋진 이름일 것 같다는 생각도 드네요.
참고
https://phys.org/news/2023-07-two-faced-star-exposed-unusual-white.html
Ilaria Caiazzo, A rotating white dwarf shows different compositions on its opposite faces, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06171-9. www.nature.com/articles/s41586-023-06171-9
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