우주 이야기 1304 - 목성 크기 행성을 집어 삼키는 적색거성

 (Astronomers have observed the first compelling evidence of a dying Sun-like star engulfing an exoplanet, a fate that may befall the Earth when our own Sun nears the end of its life in about five billion years. Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/M. Zamani)

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(The process of an exoplanet being swallowed by an ancient Sun-like star. Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld)

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태양 같은 별은 내부의 핵연료를 거의 소진하고 나서 거대한 적색 거성이 된 후 결국 가스를 잃고 백색왜성의 형태로 최후를 맞이합니다. 과학자들은 각 단계에 있는 별을 수없이 관측해 이 과정을 상세히 연구했습니다. 하지만 상대적으로 주변의 행성이 어떻게 되는지에 대해서는 알려진 것이 적습니다. 행성은 너무 작고 어두워 직접 관측이 어렵기 때문입니다.

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하지만 키샬리 데 (Kishalay De)가 이끄는 MIT 및 칼텍의 과학자들은 지구에서 무려 12,000광년 떨어진 ZTF SLRN-2020라는 별에서 이런 증거를 발견했습니다. 연구팀은 처음 Zwicky Transient Facility (ZTF) 관측 데이터에서 이 별이 10일에 걸쳐 100배 이상 밝아지는 현상을 발견하고 동반성인 백색왜성에 의한 신성 (nova) 현상으로 생각했습니다.

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하지만 하와이에 있는 켁 망원경 관측 결과는 이런 예상을 뒤집었습니다. 갑작스런 밝기 변화는 백색왜성과 관련이 없었습니다. 연구팀이 단서를 찾은 것은 NEOWISE에서 얻은 적외선 영역 관측 데이터였습니다. 이 사건이 있기 9개월 전부터 ZTF SLRN-2020는 적외선 영역에서 밝아졌고 사실 그 이후에도 한동안 밝기를 유지했습니다. 연구팀은 이 관측 결과를 설명할 가장 가능성 높은 시나리오로 목성 크기 행성의 소멸을 들었습니다.

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별이 마지막 단계에서 점점 커지면 이론적으로 가까운 행성들을 하나씩 집어 삼키게 될 것입니다. 수성이나 금성 같은 작은 암석 행성은 주변에 큰 변화를 일으키지 않을수도 있으나 목성급 가스 행성이라면 별 표면에 가까워지는 순간 가스가 뜨거워져 항성풍과 함께 주변으로 분출하게 됩니다. 따라서 적외선 영역에서 먼저 밝기가 증가하는 것입니다. 마지막 단계에 행성이 완전히 별에 흡수되면 격렬한 폭발이 발생하면서 일시적으로 별이 가시광 영역에서도 밝기가 밝아졌다가 다시 어두워집니다.

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태양계의 목성과 토성은 거리가 멀기 때문에 이런 운명에서 자유롭지만, 수성과 금성은 적색 거성 단계의 태양에 흡수될 가능성이 높습니다. 지구 역시 그 가능성을 배제할 수 없습니다. 결국, 아주 먼 미래의 태양계는 백색왜성과 행성 몇 개 정도만 남기고 사라진 쓸쓸한 세상이 될 것입니다.

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참고

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https://newatlas.com/space/star-destroying-planet-observed/

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https://www.nature.com/articles/s41586-023-05842-x

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