스페이스 클럽 '그들은 약간 고스스다': NASA 우주선이 신비로운 갈색왜성에 클로즈업을 제공하다

[발사대]

"외계 행성과 달리, 자유롭게 떠다니는 갈색 왜성은 완전히 독립적인 천체로, 홀로 영원히 사라질 것입니다."

여러 실패한 별 갈색 왜성의 그림. (이미지 출처: 로버트 리아)

NASA의 SPHEREx 우주선을 이용해 천문학자들은 갈색 왜성이라고도 불리는 수많은 '실패한 별'들을 연구해왔습니다.

이 이상한 우주체들은 행성과 별 사이의 경계에 걸쳐 있으며, 질량은 목성의 13배에서 80배(태양 질량의 0.013배에서 0.08배)에 달합니다. 이들은 가스와 먼지 구름이 붕괴해 별처럼 형성되지만, 핵에서 수소와 헬륨이 융합되는 과정을 촉진할 만큼 충분한 질량을 모으지 못해 실패한 별이라는 별이라는 별명을 얻었습니다.

이 형성 과정은 갈색왜성이 우주의 어둠 속을 혼자 떠돌며 부모 별의 빛을 잃은 채 우주의 외톨이임을 의미한다. 이 묘사는 타입 O 네거티브 노래 가사처럼 들릴 수도 있다("Black No. 1," 아시는 분 있나요?). 그리고 이 새로운 연구의 책임자에 따르면, 화학적으로 이 어둡고 구름 낀 행성들의 대기가 우리 태양계의 가스 거대 행성들과 크게 다르지 않다는 것을 밝혀냈다.

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"그들은 약간 고스(goth)입니다."라고 캘리포니아 공과대학(Caltech)의 자파르 루스탐쿨로프(Zafar Rustamkulov)가 성명에서 말했습니다. "외계 행성과 달리, 자유롭게 떠다니는 갈색 왜성은 완전히 독립적인 천체로, 홀로 영원히 사라질 것입니다. 우리는 아직 그들이 얼마나 복잡한지 배우는 중이야."

루스탐쿨로프는 지구 궤도에서 SPHEREx(우주의 역사를 위한 분광광도계, 재이온화 시기, 아이스 익스플로러의 약자)가 지구 대기 중 물에 흡수되어 지상 망원경으로는 거의 볼 수 없는 파장의 빛을 관측한다고 덧붙였다. 이는 갈색왜성을 빛 속으로 끌어들이는 데 중요합니다.

"우리는 하늘 곳곳에 있는 깊고 붉은 갈색 왜성 구름에서 빛을 포착하고 있습니다,"라고 그는 말했다.

숲 (갈색 왜성)

브라운 왜성은 1990년대 발견 이후 다소 신비롭게 남아 있는데, 내부에서 일어나는 소량의 핵융합 때문에 희미한 빛만 방출하기 때문입니다. 즉, 그들의 구성, 폭풍, 진화에 대한 우리의 이해는 사실상 이론에서만 나온다는 뜻입니다.

이 관측의 어둠을 완화하기 위해 팀은 SPHEREx의 데이터를 활용했습니다. 그들은 102파장을 포함한 빛의 스펙트럼에서 37개의 근처의 갈색왜성을 연구했으며, 우리가 볼 수 있는 가장 깊은 붉은색부터 보이지 않는 적외선 빛까지 포함했습니다. 이 국지적 실패별들은 갈색왜성의 전체 온도 범위, 즉 화씨 4,000도에서 화씨 영하 10도(섭씨 2,200도에서 영하 20도)까지 걸쳐 있었습니다.

태양의 온도가 약 10,000도 화씨(섭씨 5,500도)라는 점을 고려하면, 갈색왜성은 확실히 온도가 낮다고 말할 수 있습니다.

SPHEREx가 관측한 갈색왜성. (이미지 출처: 자파르 루스탐쿨로프/NASA/JPL-캘텍)

SPHEREx가 관측한 갈색왜성 스펙트럼을 통해 연구팀은 이들의 대기가 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄으로 화학적으로 풍부하다는 것을 확인할 수 있었습니다.

"우리는 이 분자들의 신호와 그것이 전체 온도 영역에서 물체마다 어떻게 변화하는지 관찰하고 있다"고 캘텍 소속 팀원 J. 데이비 커크패트릭이 말했다. "우리 논문은 단 30여 명에 집중했지만, 수천 명이 더 분석 중입니다.

"우주가 갈색왜성의 다양성에 어떤 한계를 두는지 정말 보고 싶어."

내 모든 색

갈색 왜성은 NASA의 제임스 웹 우주 망원경과 현재 은퇴한 스피처 우주 망원경 등 다른 망원경들에 의해 정기적으로 관측되어 왔지만, SPHEREx의 광파장 범위 덕분에 이 실패한 별들을 관측하는 데 특히 유용하다. 이는 갈색왜성이 나이가 들고 추워지면서 대기 변화를 기다리는 천문학자들에게 좋은 소식입니다.

연구진은 SPHEREx가 관측한 일부 갈색왜성들이 극심한 변화 단계에 있어 구름이 걷히면서 메탄이 풍부한 대기를 형성하고 있음을 발견했습니다.

연구팀은 갈색왜성에 관한 중요한 새로운 사실을 발견했을지 모르지만, 이 이상한 천체들에 관해서는 여전히 미스터리한 거리 위에 있습니다.

"최첨단 모델들은 전반적인 화학 추세를 포착하고 있지만, 이러한 흐린 전환에 관해서는 데이터와 맞추기 위해 모델들이 어려움을 겪고 있다,"고 루스탐쿨로프는 말했다. "갈색 왜성인 두 명이 똑같은 건 없어. 같은 온도에서도 스펙트럼이 꽤 뚜렷하게 보입니다."

NASA의 SPHEREx는 갈색왜성 대기에서 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO)와 같은 분자를 밝혀냅니다. 망원경이 관측한 세 개의 갈색왜성은 왼쪽에 나타납니다. (이미지 출처: 자파르 루스탐쿨로프/국제 쌍둥이 관측소/NOIRLab/NSF/AURA, M.H. 웡(UC 버클리) 외. 감사: M. 자마니)

"이 여정은 우리 중 많은 이들을 우연히 기상학자가 되게 만들었습니다. 우리는 우리 행성에서 날씨를 예측하는 것이 얼마나 어려운지 알고 있으며, 이 기괴하고 차가운 천체들에서 보이는 현상을 설명하는 것도 똑같이 어려울 것임을 깨달았습니다."라고 커크패트릭은 말했습니다. "이 발견은 이 어두운 세계들을 더 탐험하라는 행동 촉구입니다."

천문학자들이 그 행동 촉구에 공감하는 가운데, 나는 바우하우스의 고스 클래식 "Bela Lugosi is Dead"를 어떻게 이 글에 녹여낼 수 있었을지 곰곰이 생각해 보려 한다.

이 연구팀은 9월 28일 The Astrophysical Journal에 게재되었습니다.

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