우주 이야기 1100 - 목성 같은 줄무늬를 지닌 갈색왜성?

 (Using high-precision brightness measurements from NASA's TESS space telescope, astronomers found that the nearby brown dwarf Luhman 16B's atmosphere is dominated by high-speed, global winds akin to Earth's jet stream system. This global circulation determines how clouds are distributed in the brown dwarf's atmosphere, giving it a striped appearance. Credit: Daniel Apai)

 갈색왜성은 행성과 항성의 중간에 있는 천체로 우주에 매우 흔하지만, 매우 어둡기 때문에 극히 일부만 관측이 가능합니다. 따라서 많은 것들이 베일에 가려 있는 천체이기도 합니다. 대부분의 갈색왜성은 목성의 수십 배 질량을 지니고 있지만, 지름은 목성보다 약간 큰 정도에 불과합니다. 과학자들은 이론적인 연구와 관측 데이터 분석을 통해 일부 갈색왜성의 표면이 가스 행성인 목성처럼 줄무늬 형태를 보일 것으로 추정하고 있습니다. 표면에는 강한 바람이 불고 목성이나 토성처럼 극지방에서는 독특한 패턴의 폭풍이 나타날 수 있습니다. 

 애리조나 대학의 다니엘 아파이 교수 (Daniel Apai, an associate professor in the Department of Astronomy and Steward Observatory and the Lunar and Planetary Laboratory)가 이끄는 연구팀은 행성 사냥꾼인 TESS의 관측 데이터를 이용해서 지구에서 가장 가까운 갈색왜성 중 하나인 루만 16 (Luhman 16) 쌍성계를 연구했습니다. 이 갈색왜성 쌍성계는 지구에서 6.5광년 정도 떨여져 있으며 목성 질량의 34배 정도 되는 루만 16A와 28배 정도 되는 루만 16B가 대략 지구 태양 거리의 3배 정도 되는 거리에서 서로 공전하고 있습니다. 

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 본래 TESS는 행성을 찾기 위한 목적으로 관측을 진행 중이지만, 그외에도 많은 연구에 데이터를 제공하고 있습니다. 루만 16 쌍성계는 거의 질량이 비슷한 두 개의 갈색왜성이 가까이 붙어서 공전하고 있어 겉보기에는 매우 복잡한 형태로 이동하고 있습니다. TESS는 주기적으로 루만 16 쌍성계를 관측해 밝기 변화를 계속 걸쳐 측정했습니다. 참고로 루만 16은 6-8억년 정도되는 갈색왜성으로 아직 표면 온도가 1200-1300K 정도로 뜨거운 편이라서 관측이 용이한 편입니다. 과학자들은 밝기 변화를 통해 루만 16 쌍성계의 자전 속도와 표면 구조를 대략적으로 예측할 수 있습니다. 

(Chasing Storms in Brown Dwarfs with NASA’s TESS Exoplanet Hunter Telescope)

 이번 연구 결과에서는 루만 16 쌍성계가 목성과 비슷하게 적도 부근에는 줄무늬 패턴의 가스 흐름을 보이고 있으며 극지방에는 비교적 작은 폭풍이 있을 가능성이 높다는 사실을 확인했습니다. 여러 가지 물리적 수치는 다르지만, 외형은 커다란 목성 같은 가능성이 있는 것입니다. 

 지구에서 6.5광년이라는 비교적 가까운 거리에도 불구하고 갈색왜성처럼 어두운 천체의 대기 표면을 관측할 수 있는 망원경은 아직 없습니다. 하지만 현재 건설 중이거나 발사 예정인 차세대 망원경과 최신 관측 기술의 도움을 받아 결국 언젠가는 갈색왜성의 표면을 목성이나 토성 표면처럼 보게 될 날이 올 것으로 예상합니다. 

 

 참고 

https://phys.org/news/2021-01-jet-streams-closest-brown-dwarf.html

 Dániel Apai et al, TESS Observations of the Luhman 16 AB Brown Dwarf System: Rotational Periods, Lightcurve Evolution, and Zonal Circulation, 2021 ApJ 906 64 DOI: 10.3847/1538-4357/abcb97