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우주 이야기 1339 - 목성 크기에 태양보다 더 뜨거운 천체.


 

(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 antiphase 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 NLTE effects58. 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 the top of b demonstrate the system’s configuration at each orbital phase. Credit: Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02048-z)

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과학자들이 목성보다 조금 큰 크기에 표면 온도는 태양보다 2000도 이상 뜨거운 기이한 갈색왜성을 발견했습니다. 이스라엘 웨이즈만 연구소 (Weizmann Institute of Science)의 나아마 할라코운 박사 (Dr. Na'ama Hallakoun)가 이끄는 연구팀은 유럽 남방 천문대 (ESO)의 VLT 망원경을 이용해서 특이한 쌍성계를 관측했습니다.

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이 쌍성계는 죽은 별인 백색왜성과 실패한 별로 불리는 갈색왜성으로 구성되어 있습니다. 갈색왜성 쪽은 갈색왜성의 질량 상한선인 목성 질량의 80배 정도인데, 어쩌면 동반성이 죽을 때 물질을 흡수해서 더 커진 경우일수도 있습니다.

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어느 쪽이든 이 갈색왜성은 안정적인 자체 핵융합 반응을 일으키는데 필요한 질량을 모으지 못해 실패한 별로 남았습니다. 하지만 표면 온도가 아직 수만도에 달하는 백색왜성 쪽에 가까이 붙으면서 오히려 표면 온도가 태양보다 높은 7250 - 9800K인 상태입니다. 그런데 더 기이한 것은 한쪽만 그렇다는 것입니다.

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뜨거운 목성형 행성이나 달처럼 행성에 가까운 위성에서 볼 수 있는 현상 중 하나는 바로 자전 주기와 공전 주기가 같아지는 조석 고정 (tidal locking)입니다. 이로 인해 백색왜성을 바라보는 면은 태양보다 뜨겁지만, 반대편은 이보다 훨씬 낮은 1300-3000K 정도에 불과합니다. 양면의 온도 차이가 엄청나기 때문에 표면에는 아주 강력한 바람이 불 것으로 예상됩니다.

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이렇게 표면 온도가 높지만, 질량을 유지할 수 있는 비결은 갈색왜성의 강한 중력 덕분일 것입니다. 덕분에 이 갈색왜성의 지름은 목성보다 아주 크지 않습니다. 따라서 연구팀은 갈색왜성의 대기를 연구할 뿐 아니라 뜨거운 목성 대기를 연구할 모델로도 접합하다고 보고 있습니다. 백색왜성의 밝기는 항성보다 훨씬 어두운 반면 이 갈색왜성은 매우 뜨거워 일반적인 갈색왜성보다 훨씬 밝기 때문입니다.

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연구팀에 따르면 이 쌍성계는 생성된지 100만 년 이내로 매우 젊은 쌍성계입니다. 시간이 지나면서 점점 식겠지만, 그 전에 과학자들이 연구할 시간은 충분합니다. 우주에 있는 수많은 쌍성계 가운데 가장 기이한 쌍성계에 대한 후속 연구가 궁금합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-08-jupiter-hotter-sun.html

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Na'ama Hallakoun, An irradiated-Jupiter analogue hotter than the Sun, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02048-z www.nature.com/articles/s41550-023-02048-z

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