편광계로 확인한 갈색 왜성의 구름 띠
빛의 편광은 가까운 별의 날씨를 알려준다.

목성에서와 같은 폭풍 띠 :
천문학자들이 처음으로 6.5광년 떨어져 있는 구름이 왜 갈색 왜성처럼 보이는지 관찰했으며 놀라운 차이점을 발견했다. 언뜻 보기에 쌍둥이별처럼 보이지만 ‘Luhman 16B’는 확산되고 불규칙한 구름을 가지고 있으며 반면에 파트너 ‘Luhman 16A’는 두 개의 뚜렷하고 안정적인 구름 밴드를 보여준다. 대기는 가스 거인 목성의 대기와 놀랍도록 비슷하다. 

▲ 이것은 가까운 갈색 왜성 Luhman 16A의 구름 밴드가 어떻게 생겼는지 보여준다. .© Caltech/R. Hurt (IPAC)

‘Barnard의 별’뿐만 아니라 ‘Proxima’와 ‘Alpha Centauri’ 이후, 그들은 우주에서 가장 가까운 이웃이다. 우리로부터 약 6.5광년 떨어져 있는 두 개의 갈색 왜성 Luhman 16A와 B다.
그들은 대다수의 별보다 큰 약 30개의 목성 질량을 가진 별이지만, 질량은 지속적인 핵융합을 발화시키기에 충분하지 않다. 약 1,000℃ 정도로 따뜻하며 어떤 면에서는 가스 행성과 매우 유사하다.

이것은 또한 갈색 왜성 대기에도 적용된다. 이 천체 중 일부에서 천문학자들은 목성에 있는 것과 유사한 암모니아, 물 얼음 및 규산염으로 구성된 구름을 감지했다.

구름 측정기로서의 편광(Polarization)

이웃하는 두 왜성의 대기는 어떨까?
NASA의 제트추진연구소(JPL)의 맥스웰 밀라-블랑케(Maxwell Millar-Blanchaer) 주변의 연구원들은 처음으로 Luhman 16A 및 B의 약한 빛을 편광계로 분석했다. 편광계는 빛의 다른 진동 방향을 볼 수 있는 장치다. 이 편광으로 천체에 어떤 구름이 있는지 알 수 있다.

갈색 왜성 내부에서 나오는 방사선이 구름층을 통해 외부로 통과할 때, 구름 입자는 빛을 산란시키고 특징적인 방식으로 편광을 변화시킨다. 센트럴 플로리다 대학의 공동 저자 테오도라 카랄리디(Theodora Karalidi)는 “이에 따라 관측값을 다른 모델과 비교했다” 고 설명한다. 

▲ 부드러운 전환 : 가스 행성, 갈색 왜성 및 별 비교 © NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

하나는 띠를 가지고 있고 다른 하나는 가지고 있지 않다

두 개의 갈색 왜성이 처음에는 쌍둥이처럼 보이지만 구름은 매우 다르다.
Luhman 16B는 매우 고르고 점이 많은 구름 덮개를 가지고 있으며, 적외선에서 불규칙한 밝고 어두운 패턴을 인식할 수 있다.
반면 Luhman 16A는 완전히 대조적이다.
대기가 적외선에서 균일하게 밝은 면으로 나타나고 이전 관측에서 구조를 알 수 없는 것이었다.

편광계를 통해 밝혀진 것은, Luhmn 16A에는 최소한 두 개의 뚜렷이 나란하게 구별된 구름밴드가 있다. 우리 태양계의 거대한 가스 목성과 마찬가지로 이 폭풍 밴드는 천체 주위를 에워싸고 형태를 유지한다. Millar-Blanchaer는 “편광계(Polarimetry)는 밝기에서 변동하지 않는 그런 밴드를 탐지할 수 있는 유일한 기술이다” 고 설명한다.

가스 거인 목성과 매우 유사

천문학자들에 따르면, 갈색 왜성이 구름으로 덮힌 것과 관련해 큰 가스 ​​행성과 매우 유사 할 수 있다. 적어도 Luhman 16A에는 목성을 연상시키는 폭풍 밴드와 대기 조건이 있기 때문이다. 볼티모어 우주 망원경 과학 연구소의 공동 저자 줄리앙 지라드(Julien Girard)는 “우리는 이 폭풍에서 규산염과 암모니아 비가 내리고 있다. 매우 불쾌한 날씨라고 추측한다” 고 말했다.

동시에, 새로운 관측은 그러한 구름 띠가 많은 갈색 왜성에서 발생할 수 있다는 추측을 뒷받침한다. 단 그러한 근접-별의 전형적인 경우가 아니라면.
천체 물리학 모형에 따르면, 갈색 왜성들은 나이가 들어가면 표면이 더 차가워지는 여러 단계의 구름 발달 과정을 거친다. 소위 L-타입에서 콜드 T-타입으로 전환할 구름 띠가 규칙이 될 수 있다. 

낯선 천체에 있는 구름 관측에 편광계는 어떻게 도움이 될까 © Caltech

외계 행성에도 사용 가능

편광 측정법은 갈색 왜성의 구름 덮개에 대한 통찰력을 제공 할뿐 만 아니라 외계 행성을 면밀히 관찰하는 데 사용될 수도 있다. Millar-Blanchaer는 “우리 태양계 외부의 구름을 관찰하기 위해 편광계를 사용한 것은 이번이 처음이다”고 말한다.
Luhman 16의 성공으로 이 방법이 구름 특성(갈색 왜성과 외계 행성 모두)에 매우 민감하다는 것을 확인할 수 있었다.

(The Astrophysical Journal, 2020; doi: 10.3847/1538-4357/ab6ef2)
출처 : NASA, Caltech

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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