우주 이야기 839 - 강력한 플레어가 발생하는 어린 적색 왜성

(Violent outbursts of seething gas from young red dwarf stars may make conditions uninhabitable on fledgling planets. In this artist's rendering, an active, young red dwarf (right) is stripping the atmosphere from an orbiting planet (left). Scientists found that flares from the youngest red dwarfs they surveyed -- approximately 40 million years old -- are 100 to 1,000 times more energetic than when the stars are older. They also detected one of the most intense stellar flares ever observed in ultraviolet light -- more energetic than the most powerful flare ever recorded from our Sun. Credit: NASA, ESA and D. Player (STScI))

 적색 왜성은 우주에 가장 흔한 형태의 별로 대략 태양 질량의 8-40% 정도 되는 작은 별입니다. 낮은 중심부 압력과 온도 때문에 ​핵융합 반응이 약하게 일어나 어둡고 차가운 별이지만, 대신 질량이 얼마 되지 않기 때문에 은하계 전체 별 가운데 80%가 이런 적색 왜성으로 생각되고 있습니다. 적색 왜성에서 독특한 사실 가운데 하나는 표면 온도가 낮음에도 상대적으로 항성면 폭발 현상인 플레어(flare)는 흔하다는 사실입니다. 특히 어린 적색왜성의 경우 플레어 활동이 더 활발한 것으로 알려져 있습니다.

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 애리조나 주립 대학의 에브젠야 스콜리니크 (Arizona State University's Evgenya Shkolnik)를 비롯한 과학자들은 허블 우주 망원경을 이용해서 태어난지 4000만년 이내의 매우 젊은 적색 왜성을 관측했습니다. 적색 왜성은 질량이 작지만 역설적으로 워낙 작은 핵연료만을 소모하기 때문에 그 수명이 극단적으로 길어집니다. 10조년을 살수도 있는 적색왜성에서 4000만년은 매우 젊은 나이입니다. 

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 이 시기의 적색왜성은 태양과는 달리 자외선 영역에서 강력한 플레어를 방출하기 때문에 허블 우주 망원경의 자외선 파장 관측 능력을 이용해 이를 상세히 관측할 수 있었습니다. 이 관측 프로젝트는 HAZMAT—Habitable Zones and M dwarf Activity across Time이라고 명명했는데, 이름에서도 알 수 있듯이 생명체 존재 가능성이 있는 적색 왜성 주변 행성이 실제로 생명체를 보존할 수 있는 환경인지 알아보려는 의도가 있습니다.

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 12개의 젊은 적색 왜성을 관측한 결과 이 적색 왜성은 나이든 적색 왜성과 비교했을 때 100-1000배나 강력한 플레어 활동을 확인할 수 있었습니다. 과학자들은 적색 왜성 주변에서 액체 상태의 물이 있을 만한 행성을 여럿 찾아냈지만, 적색 왜성이 매우 어둡기 때문에 모항성에서 매우 가까운 궤도를 공전하고 있다는 문제가 있습니다. 당연히 강력한 플레어과 항성풍에 노출될 수밖에 없습니다. 특히 이번 관측 결과는 이 행성들이 초기에 사실상 초강력 자외선 살균기 안에 들어가 있는 것과 마찬가지라는 점을 시사합니다.

 하지만 문제는 살균 효과만은 아닙니다. 가까운 거리에서 이렇게 강력한 플레어를 수없이 겪을 경우 행성의 대기는 거의 사라질 수밖에 없습니다. 따라서 적색 왜성 주변의 행성의 경우 대부분 대기도 없고 생명체를 이룰 수 있는 물질도 파괴되어 지구처럼 초기에 생명체가 생겨났을 가능성은 거의 희박한 것으로 생각할 수 있습니다. 태양계 밖 생명체를 찾는 과학자들에게는 좋지 않은 소식인 셈입니다.

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 물론 우주는 넓고 아직 우리가 잘 모르는 부분이 많기 때문에 이것만으로 외계 생명체 존재 가능성이 높아졌다 낮아졌다를 말하기에는 아직 이릅니다. 다만 적색 왜성이 우주에 매우 흔하기 때문에 적색 왜성 주변 행성계의 모습을 이해하는 것은 매우 중요할 것입니다.

 참고

https://phys.org/news/2018-10-superflares-young-red-dwarf-stars.html