(Artist's impression of waves, with different frequencies, travelling in the inner layers of a star. P-modes, or pure sound (pressure) waves, in white, spend most of their time in the outer envelope and are directly visible at the stars' surface. G-modes, or pure gravity waves, in black, propagate in the radiative interior and hold information on the stellar core. In red giants, the two are coupled together and the resulting waves sense all layers, thus revealing information of the stars' deepest interior. Credit: Tania Cunha (Planetário do Porto - Centro Ciência Viva)/Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço)
(Schematic of the evolution of a main sequence star, to red giant. The stars in this study are at the end of the evolution track shown, experiencing helium core fusion. The different evolutionary stages are not to scale. Credit: Thomas Kallinger, University of British Columbia and University of Vienna)
영원히 빛날 것 같은 태양도 언젠가는 핵융합 연료가 고갈되어 최후를 맞이하게 됩니다. 물론 50억 년 후 미래의 일이지만, 과학자들은 이론적인 연구와 여러 단계에 있는 별을 관측해서 그 과정을 자세히 알아냈습니다.
태양 같은 별이 중심부에 수소가 거의 고갈되면 그 다음에는 수소 핵융합 반응의 결과물인 헬륨을 태워 탄소로 만들면서 당분간 생명을 더 유지하게 되는데 시간이 지날수록 오히려 방출하는 에너지는 더 많아지면서 거대하게 부풀어 오릅니다. 이 시기를 적색 거성이라고 부릅니다.
천체물리학 및 우주 과학 연구소 (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA))의 과학자들은 별의 미세한 밝기 변화를 관측해 별의 내부를 연구하는 항성지진학 (asteroseismology)을 통해 적색거성 내부의 환경을 조사했습니다.
연구팀에 따르면 커다랗게 부풀어 오른 적색거성은 밀도가 매우 낮아 표면만 불안정한 것이 아니라 내부의 핵까지 불균일한 구조인 글리치 (glitch)를 지니고 있습니다. 이런 구조적 불연속성은 적색거성의 균일하지 않은 표면 밝기와 구조적 불안전성을 유발할 수 있습니다. 연구팀은 359개의 적색거성 가운데 7%에서 이런 글리치 구조를 확인할 수 있었습니다.
(Animation of waves, with different frequencies, travelling in the inner layers of a star. P-modes, or pure sound (pressure) waves, in white, spend most of their time in the outer envelope and are directly visible at the stars' surface. G-modes, or pure gravity waves, in black, propagate in the radiative interior and hold information on the stellar core. In red giants, the two are coupled together and the resulting waves sense all layers, thus revealing information of the stars' deepest interior. Credit: Tania Cunha (Planetário do Porto - Centro Ciência Viva)/Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço)
이런 구조적 불연속성이 생기는 이유에 대해서는 아직 잘 모릅니다. 그리고 혹시 이런 구조가 별 전체에 있는데 일부 큰 경우만 관측이 가능한 것인지도 현재 관측 기술로는 판단하기 어렵습니다. 다만 항성 지진학 연구를 통해 별의 내부를 지구의 지진파처럼 관측하는 기술이 발전하고 있어 앞으로 별이 어떻게 성장하고 노화하며 마지막 순간에 최후를 맞이하는 지 좀 더 입체적으로 파악이 가능할 것으로 예상됩니다.
참고
https://phys.org/news/2022-12-astronomers-irregularities-cores-red-giants.html
Mathieu Vrard et al, Evidence of structural discontinuities in the inner core of red-giant stars, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34986-z
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