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- 90-120광년 떨어진 곳, 두 개의 백색 왜성 껍질에 100억 년 된 행성 파편 포함돼
- 두 왜성 중 더 오래된 것에서 나트륨, 리튬, 칼륨 및 탄소 원소 감지
- 스펙트럼 분석, 이런 요소가 행성, 행성계의 잔해에서 온 것임에 틀림없다고 결론

우리 은하에서 발견된 가장 오래된 행성 파편
두 개의 백색 왜성의 껍질에는 100억년 된 행성 파편이 포함돼 있다.

고대 유물:
천문학자들은 100억 년 이상 된 행성계에서 은하수에서 가장 오래된 행성 파편을 발견했다. 암석과 얼음 덩어리의 잔해는 우리로부터 90광년과 120광년 떨어진 두 개의 백색 왜성의 껍질에 있다. 데이터에 따르면, 그들의 행성계는 먼저 별이 적색 거성과 백색 왜성으로 변하는 동안 살아남았어야 했으나, 그 후에는 쪼개졌을 것이다. 

▲ 두 개의 멋진 백색 왜성(하나는 붉은색, 다른 하나는 푸른색)은 껍질에 약 100억 년 된 행성계의 잔해를 보여준다. © University of Warwick/ Mark Garlick

우리 태양이 약 50억 년 만에 수명 주기의 끝에 도달하면 지구와 내부 태양계의 모든 행성이 종말을 의미한다. 그들은 태양에 삼켜지고 적색 거성으로 확장된다. 외피를 방출한 후, 우리별의 타버린 잔해는 백색 왜성으로 남게 되며, 우리 시스템의 외부 행성에 의해서만 공전한다. 내부 행성의 존재에 대한 유일한 증거는 백색 왜성 표면의 무거운 원소에서 나오는 "불순물"일 것이다.

두 개의 늙은 백색 왜성이 시야에

백색 왜성의 그러한 불순물은 이제 우리 은하에서 알려진 가장 오래된 행성계에 대한 증거를 제공했다. Warwick 대학의 Abbigail Elms가 이끄는 천문학자들은 우리 태양계 근처에서 두 개의 매우 멋진 백색 왜성을 연구하는 동안 그것을 발견했다. 유럽의 가이아 위성이 발견한 별 잔해 WDJ2147-4035와 WDJ1922+0233은 우리에게서 90광년과 120광년 떨어져 있다.

백색 왜성의 나이와 구성을 추가로 결정하기 위해 Elms와 그녀의 팀은 여러 지상 기반 망원경을 사용해 광 스펙트럼과 여기에 포함된 요소 서명을 분석했다. 이 데이터는 약간 붉은빛을 띠는 별 잔해 WDJ2147-4035가 약 2.5 태양질량의 질량을 가진 선조별에서 형성됐으며 이미 107억 년 전임을 보여준다.

두 번째, 약간 더 푸른 빛이 도는 백색 왜성 WDJ1922+0233은 아마도 90억 년 동안 별의 잔해였으며 태양 크기 정도의 별에서 형성되었을 것이다. 그러나 그의 전체 연령은 질량 추정 문제로 인해 여전히 불분명하다.

행성 파편에 의해 "오염됨“

가장 중요한 사실은 두 백색 왜성의 빛 스펙트럼에서 천문학자들은 헬륨과 수소보다 무거운 원소의 스펙트럼 선을 발견했으며, 이에 따라 다른 천체의 잔해에 의해 이 별의 잔해가 "오염"되었다는 징후를 발견했다. 엘름스와 그녀의 팀은 두 왜성 중 더 오래된 것에서 나트륨, 리튬, 칼륨 및 탄소 원소를 감지했다. 이것은 우리 은하에서 가장 오래된 것으로 알려진 "오염된" 백색 왜성을 만든다.

도대체 오염은 어디에서 오는가? 연구원들은 스펙트럼 분석에서 이러한 요소가 행성이나 행성계의 잔해에서 나온 것임에 틀림없다고 결론지었다. 이것은 아마도 선조별이 적색거성으로 팽창하는 동안 살아남았을지 모르지만, 이후 백색왜성에 의해 파괴되고 삼켜졌다. 천문학자들이 설명하듯이, WDJ2147-4035는 우리 은하계의 행성계에 대한 가장 오래된 증거다.

▲ 별이 백색 왜성이 될 때, 행성의 파편은 살아남을 수 있으며, 이후 항성 잔해에 점차적으로 삼켜지게 된다. © NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva

그것이 삼켜버린 행성 파편의 성질은 지금까지 부분적으로만 밝혀졌다. "붉은 백색 왜성 WDJ2147-4035는 그것이 축적하는 물질이 우리 태양계에서 알려진 것과 다르기 때문에 여전히 수수께끼다"고 Elms는 말했다. 여기에 추가 조사가 필요하다.

지구의 대륙 지각과 유사한 물질

두 번째 백색 왜성은 또한 껍질에 오래된 행성 파편의 흔적을 가지고 있지만 할당하기가 훨씬 쉽다. Elms와 그녀의 팀은 스펙트럼에서 나트륨, 칼슘 및 칼륨의 특징을 감지했다. 그들의 비율에서 천문학자들은 이 백색 왜성이 지구 대륙 지각의 대략 구성과 질량의 물질을 끌어당겨 삼켜 버렸음에 틀림없다고 결론지었다.

"이러한 금속이 풍부한 별의 잔해는 지구와 유사한 구성을 가진 다른 행성계가 있음을 확인시켜준다"고 Elms는 말했다. 이 백색 왜성의 껍질에 있는 파편은 연구원들이 보고한 바와 같이 지구와 같은 작은 행성이나 여러 행성(더 큰 원시행성 덩어리)에서 나올 수 있다. 그들은 이 잔해의 마지막 부분이 400~1500만 년 전에 별 잔해에 떨어졌다고 생각한다.

우리 은하의 과거를 들여다보는 창

두 개의 백색 왜성은 함께 가장 오래되고 가장 멋진 "오염된" 별 잔해이며, 우리은하의 초기 행성계에 대한 가장 오래된 목격자다. Elms는 "이 시스템이 100억 년 전에 존재했고 이 행성이 지구가 형성되기 전에 죽었다는 것을 상상할 때 놀랍다"고 말했다. 따라서 그러한 오래된 백색 왜성은 우리 은하의 과거에 대한 깊은 창을 열어준다.

그들은 결코 예외가 아니다. 천문학자들은 현재까지 알려진 모든 백색 왜성의 약 4분의 1에서 이미 중원소로 인한 오염을 감지했다. 이것은 우리 은하에 얼마나 많은 행성과 행성계가 있었고 여전히 존재하는지를 강조한다.
(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2022; doi: 10.1093/mnras/stac2908)
출처: University of Warwick

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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