희귀 유형 별의 잃어버린 진화 고리

Harvard & Smithsonian 천체 물리학 센터 연구원은 오랫동안 존재한다고 이론화된 새로운 유형의 쌍성(binary star)을 관찰했다. 이 발견은 마침내 우주에서 희귀한 유형의 별이 어떻게 형성되고 진화하는지 확인한다.

이 달 영국 왕립천문학회 월간지(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 설명된 새로운 종류의 별은 박사후 연구원 카림 엘-바드리(Kareem El-Badry)가 캘리포니아 릭 천문대의 셰인 망원경과 여러 천문 조사 데이터를 사용하여 발견했다.

El-Badry는 “우리는 과도성 쌍성계의 새로운 개체군에 대한 최초의 물리적 증거를 관찰했다. 이것은 흥미롭다. 우리가 찾고 있는 쌍성 형성 모델에서 진화론적 연결이 누락되었다는 것”이라고 말했다.

별이 죽을 때, 백색 왜성(white dwarf)이 될 확률은 97%다. 백색 왜성은 모든 연료를 태운 후에 수축되고 흐려지는 조밀한 작은 물체다.

그러나 드문 경우지만 별은 극저질량(ELM) 백색 왜성이 될 수 있다. 태양 질량의 1/3도 되지 않는 이 별들은 수수께끼를 안고 있다. 항성 진화 계산이 정확하다면 모든 ELM 백색 왜성은 138억 년 이상 된 것처럼 보일 것이다. 물리적으로 불가능하다.

천체 물리학 센터의 이론 및 계산 연구소 회원인 엘-바드리(El-Badry)는 “우주는 정상적인 진화로 이러한 별을 만들기에 충분히 오래되지 않았다”고 말했다.

수년에 걸쳐 천문학자들은 ELM 백색 왜성을 형성하는 유일한 방법은 쌍성 동반자의 도움을 받는 것이라고 결론지었다. 가까운 동반성에서 오는 중력은 ELM 백색 왜성이 될 때까지 별을 빠르게 (최소한 138억 년 이내에) 먹어 버릴 수 있다.

그러나 이 사진에 대한 증거는 완전하지 않다.

천문학자들은 태양과 같은 보통의 무거운 별들이 백색 왜성으로 모여드는 것을 관찰했다. 이를 대격변 변수라고 한다. 그들은 또한 정상적인 백색 왜성과 함께 ELM 백색 왜성을 관찰했다. 그러나 그들은 진화의 과도기 또는 그 사이의 변환을 관찰하지 못했다. 즉, 별이 대부분의 질량을 잃고 ELM 백색 왜성으로 거의 수축할 때다.

2020년 El-Badry는 과학자들이 오랫동안 암시해 왔던 별인 ELM 이전의 백색 왜성(진화된 대격변 변수라고도 함)을 찾기 시작했다.

El-Badry는 유럽 우주국(European Space Agency)이 시작한 우주 기반 천문대인 Gaia와 Caltech의 Zwicky Transient Facility의 새로운 데이터를 사용하여 10억 개의 별을 50개의 잠재적 후보로 좁혔다.

천문학자는 자신의 작업을 위해 천문 측량에서 얻은 공개 데이터의 중요성을 강조한다. 그는 “Zwicky Transient Facility 및 Gaia와 같은 프로젝트가 아니었다면 수백 명의 사람들이 뒤에서 엄청난 양의 작업을 수행해야 했으며 이 작업은 불가능했을 것”이라고 말한다.

El-Badry는 그 후 21개의 별을 면밀히 관찰했습니다.

선택 전략이 효과가 있었습니다. “후보자의 100%는 우리가 찾고 있던 이러한 pre-ELM이었다. 그들은 ELM보다 더 부풀어 오르고 부풀어올랐다. 그들은 또한 다른 별의 중력이 구형을 왜곡하기 때문에 달걀 모양이었다”고 말했다.

El-Badry는 “우리는 두 종류의 쌍성계(대격변 변수와 ELM 백색 왜성) 사이의 진화적 연관성을 발견했으며 상당한 수를 찾았다”고 덧붙였다.

별 13개는 동반자에게 여전히 질량을 잃고 있다는 신호를 보인 반면, 별 8개는 더 이상 질량을 잃지 않는 것처럼 보였다. 그들 각각은 또한 이전에 관찰된 대격변 변수보다 온도 면에서 더 뜨거웠다.

El-Badry는 ELM 이전 백색 왜성에 대한 연구를 계속할 계획이다.