(Artist's impression of ZTF J0440+2325, a brown dwarf (right) and a red dwarf (left) that orbit each other every 86.65 minutes. The brown dwarf overflows onto its companion, and the stream of material strikes the surface of the red dwarf, heating a large hot spot at the point of impact. Credit: Aaron Householder (MIT))
우주에는 다른 동반성을 흡수하는 블랙 위도우 (Black widow) 천체들이 존재합니다. 대표적인 경우는 동반성에서 물질을 흡수하는 백색왜성이나 중성자별입니다. 하지만 종종 별이 다른 천체를 흡수할 수 있습니다. 예를 들어 일부 별은 행성을 흡수한 것으로 생각됩니다. 그리고 별이 별을 흡수하는 경우도 생길 수 있습니다.
MIT를 중심으로 한 국제 공동연구팀(Aaron Householder, Kevin Burdge 등)은 주계열성(M형 왜성) 단계에 있는 별이 갈색왜성을 흡수하는 상황을 최초로 발견했습니다. M형 왜성은 적색왜성이라고 부르는 작은 별로 우주에서 가장 흔한 형태의 별입니다.
갈색왜성은 안정적인 수소 핵융합 반응이 어려운 작은 천체로 목성 질량의 13-80배 사이의 질량을 지녔습니다. 중수소나 삼중수소를 이용한 약한 핵융합 반응은 가능하나 지속적인 핵융합은 어려워 흔히 실패한 별로 불리며 행성과 별 사이의 존재라고 할 수 있습니다.
연구팀이 포착한 ZTF J0440+2325 시스템은 우리 은하 내에 있으며 지구에서 약 300광년 떨어져 있습니다. 이 름처럼 즈위키 천체 관측 시설(Zwicky Transient Facility, ZTF)에서 처음 포착됐습니다. ZTF는 캘리포니아 팔로마 천문대의 망원경에 설치된 카메라를 사용하여 하늘에서 밝기가 급격하게 변하는 천체를 관측하는데, 이러한 변화는 초신성, 감마선 폭발 또는 중성자별 충돌과 같은 다양한 천체 현상을 의미합니다.
연구팀은 몇 년 전 ZTF 데이터를 살펴보던 중 이상한 광도 곡선, 즉 밝기 패턴을 발견했습니다. 가장 흔한 초신성의 광도 곡선은 부드럽게 올라갔다가 내려오는 종 모양 곡선과 유사하지만, 연구팀이 본 것은 한 번이 아니라 여러 번 반복해서 나타나는 삼각형 모양이었습니다. 따라서 이 현상이 초신성 폭발처럼 한 번 나타나는 현상이 아니라는 점을 시사합니다.
이런 형태의 밝기 변화는 한 천체가 다른 천체를 흡수하면서 나타날 수 있는데, 중성자별 같은 무거운 천체가 동반성을 흡수할 때는 흔들림이 같이 관측됩니다. 하지만 이 신호에서는 그런 모습을 감지할 수 없었습니다. 따라서 질량이 비슷하게 낮은 두 천체에서 나오는 신호로 보였습니다.
이후 연구팀은 ZTF J0440+2325에 여러 대의 망원경을 집중시켜 관측했습니다. 블랙 위도우나 다른 유사한 쌍성계와 비교했을 때, ZTF J0440+2325의 흔들림은 훨씬 작았지만, 무시할 수 없는 수준이었습니다. 연구팀은 이것이 갈색 왜성이 공전하는 저질량 별이라고 결론 내렸습니다.
데이터 분석 결과 갈색 왜성이 태양 지름 안에 들어갈 수 있는 궤도로 적색왜성 주변을 87분마다 공전한다는 사실을 확인했습니다. 두 천체 모두 항성 기준으로 보면 크기가 작아서 적색 왜성은 목성의 약 85배, 갈색 왜성은 약 25배의 질량을 가지고 있습니다. 그리고 연구팀의 분석 결과 갈색 왜성이 매년 지구 질량의 약 1/100,000에 해당하는 물질을 항성에 공급하고 있다고 계산했습니다. 이는 덤프트럭 약 4천만 대 분량의 물질에 해당합니다.
언뜻 보기에는 엄청난 양의 물질이 손실되는 것처럼 보일 수 있지만, 사실 이는 갈색 왜성의 전체 질량에서 극히 일부분에 불과합니다. 연구팀은 이러한 손실 속도가 실제로는 매우 느리고 꾸준하다고 추정합니다. 시스템의 크기를 고려할 때, 별은 앞으로 수십억 년 동안 갈색 왜성을 천천히 흡수해 나갈 수 있습니다.
사실 우주에 적색왜성과 갈색왜성이 꽤 많다는 점을 생각하면 이런 시스템은 우주에 드물지 않을지도 모릅니다. 앞으로 관측 데이터가 축적됨에 따라 더 많은 사례들이 발견되지 않을까 생각합니다 .
참고
Aaron Householder et al, Stable mass transfer from a substellar object onto an M dwarf, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-02992-6
https://phys.org/news/2026-10-astronomers-star-slowly-snacking-brown.html
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