우주 이야기 1129 - 적색왜성의 대기층을 확인하다.

 (Observations of a nearby brown dwarf suggest that it has a mottled atmosphere with scattered clouds and mysterious dark spots reminiscent of Jupiter's Great Red Spot, as shown in this artist's concept. The nomadic object, called 2MASS J22081363+2921215, resembles a carved Halloween pumpkin, with light escaping from its hot interior. Brown dwarfs are more massive than planets but too small to sustain nuclear fusion, which powers stars. Though only roughly 115 light-years away, the brown dwarf is too distant for any features to be photographed. Instead, researchers used the Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration (MOSFIRE) at the W. M. Keck Observatory in Hawaii to study the colors and brightness variations of the brown dwarf's layer-cake cloud structure, as seen in near-infrared light. MOSFIRE also collected the spectral fingerprints of various chemical elements contained in the clouds and how they change with time. Credit: NASA, ESA, STScI, Leah Hustak (STScI).)

(This graphic shows successive layers of clouds in the atmosphere of a nearby, free-floating brown dwarf. Breaks in the upper cloud layers allowed astronomers to probe deeper into the atmosphere of the brown dwarf called 2MASS J22081363+2921215. Brown dwarfs are more massive than planets but too small to sustain nuclear fusion, which powers stars. This illustration is based on infrared observations of the clouds' colors and brightness variations, as well as the spectral fingerprints of various chemical elements contained in the clouds and atmospheric modeling. Credit: NASA, ESA, STScI, Andi James (STScI))

 적색왜성은 행성과 별 중간에 있는 천체로 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지할 수 없는 천체를 말합니다. 대략 목성 질량의 13-80배 정도인 천체로 우리 우주에 매우 흔하지만, 대개 극도로 어두워 일부만 관측이 가능합니다. 따라서 천문학자 이외에는 사실 그렇게 흥미를 느끼는 사람들이 없겠지만, 여기에 대해서 관심이 있는 과학자에게는 매우 흥미로운 미지의 천체입니다. 

 볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소의 엘레나 만자바카스(Elena Manjavacas of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland)가 이끄는 연구팀은 하와이 켁 망원경 (W. M. Keck Observatory)에 설치된 Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration (MOSFIRE) 장치를 이용해서 지구에서 115광년 떨어진 갈색왜성 2MASS J22081363+2921215를 관측했습니다. 

 2MASS J22081363+2921215는 태어난지 3300만년 밖에 되지 않은 매우 어린 갈색왜성으로 표면 온도는 섭씨 1500도에 달합니다. 따라서 멀리서도 관측이 가능하지만, 기본적으로 별과 비교할 수 없을 만큼 어두운 천체로 그 표면 구성물질을 분석하는 일은 현재 과학자들이 사용하는 최첨단 장비로도 매우 어려운 과제입니다. 다행히 연구팀은 MOSFIRE의 성능을 최대한 활용해서 이 갈색왜성의 상부 대기가 세 개의 층으로 구성되어 있다는 사실을 확인했습니다. 

 가장 상부의 층은 규산 마그네슘 (magnesium silicate) 입자가 있고 중간층은 고토감락석 (Forsterite , Mg2SiO4), 하부 층은 산화 알루미늄(Aluminium Oxide) 입자가 존재합니다. 각각의 층은 구름이 존재하는데, 뜨거운 내부에서 나오는 빛 때문에 마치 할로윈 호박처럼 보인다고 합니다. 전체 대기층은 718km 깊이로 생각보다 깊지 않습니다. 

 다만 더 정확한 정보를 얻기 위해서는 앞으로 차세대 망원경의 힘이 필요합니다. 발사가 연기된 제임스 웹 우주 망원경이 성공적으로 발사된다면 우리는 갈색왜성의 속살을 더 자세히 들여다 볼 수 있을 것입니다. 

 

 참고 

https://phys.org/news/2021-06-astronomers-probe-layer-cake-brown-dwarf.html