(This artist concept portrays the brown dwarf W1935, which is located 47 light-years from Earth. Astronomers using NASA's James Webb Space Telescope found infrared emission from methane coming from W1935. This is an unexpected discovery because the brown dwarf is cold and lacks a host star; therefore, there is no obvious source of energy to heat its upper atmosphere and make the methane glow. The team speculates that the methane emission may be due to processes generating aurorae, shown here in red. Credit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (Space Telescope Science Institute))
갈색왜성은 별과 행성의 중간에 위치한 천체로 흔히 실패한 별로 불립니다. 안정적인 수소 핵융합 반응을 위한 질량인 목성의 75-80배에 도달하진 못했지만, 약한 핵융합 반응을 통해 에너지는 방출하기 때문에 행성으로는 분류하기 애매한 천체들입니다. 과학자들은 갈색왜성이 우주에 매우 많을 것으로 보고 있지만, 대부분 어두워 그 가운데 극히 일부만 관측된 상태입니다.
미국 자연사 박물관의 재키 파허티 (Jackie Faherty)가 이끄는 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경을 이용해 12개의 갈색왜성을 관측했습니다. 제임스 웹 우주 망원경은 파장이 긴 적외선 영역에서 관측하기 때문에 갈색왜성처럼 어두운 천체들을 관측하는데 유리합니다.
연구팀은 관측한 갈색왜성 중 하나인 CWISEP J193518.59–154620.3 (혹은 W1935)에서 특이한 사실을 발견했습니다. 지구에서 47광년 떨어진 W1935는 표면 온도가 섭씨 260도 정도에 불과한 차갑고 어두운 갈색왜성으로 질량은 목성의 6-35배 수준입니다. 행성과 갈색왜성의 경계인 목성 질량의 13배에 걸치는
작고 어두운 갈색왜성인 셈입니다.
하지만 연구팀은 W1935에서 갈색왜성에서는 처음으로 메탄 방출선을 발견했습니다. 이 결과를 포함한 컴퓨터 모델링 결과는 더 놀라운 사실을 암시했습니다. 그것은 태양계 행성의 대기처럼 대기 상부에서 기온이 오히려 더 올라가는 온도 역전이 일어나고 있다는 것입니다.
온도 역전 현상은 태양 에너지에 의해 발생합니다. 목성이나 토성의 경우 태양에서 날아온 고에너지 입자가 대기 상층부 입자와 충돌하면서 기온을 올리고 태양계에서 가장 큰 오로라를 만듭니다.
하지만 W1935는 혼자 있는 갈색왜성입니다. 따라서 뭔가 다른 기전에 의해 온도 역전이 일아났다고 볼 수 있습니다. 과학자들은 더 놀라운 가능성에 주목하고 있습니다. 태양계의 거대 위성이 분출하는 물질들이 모행성의 표면에 오로라를 만드는 것처럼 이ㅜ갈색왜성도 위성과의 상호 작용에 의해 오로라가 발생한 것일수도 있다는 것입니다.
물론 실제로 위성 때문이라도 현재 기술로는 관측에 어렵지만, 수많은 위성을 거느린 목성을 생각할 때 그보다 훨씬 큰 갈색왜성은 행성급 위성을 지니고 있다고 해도 이상할 것이 없습니다. 실제로 이런 위성의 존재를 밝혀낼 수 있을지 주목됩니다.
참고
https://phys.org/news/2024-04-james-webb-space-telescope-aurorae.html
Jacqueline Faherty et al, Methane emission from a cool brown dwarf, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07190-w. www.nature.com/articles/s41586-024-07190-w
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