우주 이야기 1644 - 별과 별이 아닌 경계에 있는 천체

(The standard theory suggests the difference between planets, brown dwarfs and stars all comes down to mass—but it's not quite that simple. Credit: NASA/JPL-Caltech)

TOI-2155는 지구에서 약 1,350광년 떨어진 별로 약간 크고 뜨겁지만, 그 자체로는 특별히 흥미롭거나 특이한 점은 없습니다. 그러나 이 별을 공전하는 TOI-2155b는 천문학자들의 이목을 끌고 있습니다. 왜냐하면 이 천체가 정확히 별과 갈색왜성의 경계선의 질량을 지니고 있기 때문입니다.

시드니 대학의 므드 레디안 아흐메드 (Md Redyan Ahmed)와 동료들은 최근 천문학 저널(The Astronomical Journal)에 TOI-2155b가 정확히 별과 갈색왜성의 경계선인 목성 질량의 80.6배에 달한다는 연구 결과를 발표했습니다.

갈색왜성은 종종 실패한 별로 불리는데, 질량이 충분치 않아 핵융합 반응이 안정적으로 일어나지 않기 때문입니다. 이 질량 상한선은 보통 목성 질량의 80배 선입니다. 그럼에도 행성으로 분류하지 않는 이유는 목성 질량의 13배 이상은 중수소를 이용한 핵융합 반응이 가능하기 때문입니다. 다만 중수소는 수소에 비해 자연계에서 비율이 매우 적기 때문에 실제로는 중력 수축에 의한 에너지 생산이 지배적인 경우가 많고 이로 인해 매우 어두운 특징을 지니고 있습니다.

따라서 갈색왜성은 생성 초기에는 매우 뜨겁지만, 지속적인 수소 핵융합 반응이 일어나지 않기 때문에 점차 식으면서 희미한 적외선을 방출합니다. 다만 지속적 수소 핵융합 반응이 일어나지 않는 질량이 대략 목성 질량의 80배 혹은 태양 질량의 0.08배라고 해도 현실에서는 사실 명확한 경계선이 있는 것이 아닙니다. 목성 질량의 80배가 되는 천체라고 해도 천체의 나이, 화학적 성분, 대기 특성 등에 따라 이는 달라질 수 있습니다. TOI-2155 b는 이러한 복잡한 물리적 모델을 검증할 수 있는 매우 귀중한 연구 대상입니다.

연구팀은 나사의 외계행성 탐사 위성(TESS)의 관측 자료와 전 세계 지상 망원경의 관측 자료를 활용하여 TOI-2155b의 크기와 질량을 정밀하게 측정했습니다. 크기는 목성과 거의 비슷하지만 질량은 약 80배 더 크며 공전 주기는 3.72일로 매우 가까이 위치했습니다. 이런 독특한 특징 덕분에 과학자들은 이 천체의 지름과 질량을 매우 정확히 측정할 수 있었습니다.

앞으로 천문학자들은 이 천체를 자세히 분석해 적색왜성인지 갈색왜성인지, 그리고 핵융합 반응의 임계 질량에서 어떤 요소가 추가적으로 핵융합 반응을 유발하는지 모델을 검증할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 무엇이 별과 별이 아닌 천체를 가를 수 있는지 검증하는 모델이 될 것으로 기대됩니다.

참고

Md Redyan Ahmed et al, TOI-2155 b: A Massive Brown Dwarf or a Very Low-mass Star?, The Astronomical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-3881/ae7370

https://phys.org/news/2026-07-star-strange-inbetween-celestial-astronomers.html

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