갈색왜성의 대기변화 양상을 관측함.

 

 

사진 1> 갈색왜성 '2MASSJ22282889-431026' 의 상상도.

NASA의 허블 우주망원경과 스피처 우주망원경으로 이 천체를 관측한 결과 극심한 기류변화를 발생시키고 있는 대기에 대해 알 수 있었다. 

갈색왜성은 행성에 비해서는 훨씬 큰 질량과 온도를 가지고 있지만 빛을 내뿜는 별이 되기 위해 필요한 질량에는 미치지 못하는 천체를 말한다.

갈색 왜성의 대기는 거대 행성인 목성과 비슷할 것이다. 
허블과 스피처 우주망원경은 매 90분마다 자전하는 이 천체를 동시에 관측하였다.

그 결과 이 천체에는 폭풍에 의해 움직임을 지속하고 있는 왠만한 행성크기의 구름들이 가득하다는 것을 보여주고 있다.

 

NASA News Release - NASA Telescopes See Weather Patterns in Brown Dwarf

 

천문학자들이 NASA의 스피처 우주망원경과 허블 우주망원경을 이용하여 갈색왜성의 폭풍 가득한 대기를 관측하고, 별을 닮은, 낮은 온도의 이 천체에 대해 가장 세부적인 '기상 지도'를 만들어냈다.

이 천체의 기후에 대한 예보에서는 폭풍에 의해 움직이는 왠만한 행성 크기의 구름이 이 괴상한 세계를 완전히 둘러싸고 있음을 말해주고 있다.

 

갈색왜성은 별처럼 가스가 응축되면서 만들어진 천체이지만, 수소 원자를 융합시켜 에너지를 만들어낼만한 질량은 갖추지 못하고 있는 천체를 말한다. 

 

그 대신 '실패한 별' 로 불리기도 하는 이 유형의 천체들은 복잡하고 변화무쌍한 대기로 인해 가스상 행성과 오히려 더 유사해 보인다.

이번에 진행된 연구는 갈색왜성 자체 뿐 아니라, 우리 태양계 너머에 존재하는 외계 행성의 대기구조를 더 잘 이해하기 위한 시금석이 될 것이다.

 

아리조나 대학의 수석 연구원이자, 캘리포니아 롱비치에서 열린 전미 천문학회에서 이번 연구결과를 발표한 다니엘 아파이(Daniel Apai)는

이번 관측을 다음과 같이 표현했다.

"허블과 스피처 우주망원경을 이용하여 우리는 갈색왜성의 서로 다른 대기 층들을 분석할 수 있었답니다.
이건 마치 의사가 의학기기를 이용하여 서로 다른 피부층을 연구하는 것과 동일한 행동이죠."

 

아리조나 대학  에스더 벤즐리(Esther Buenzli)가 작성한, 이번 관측 결과를 설명한 연구자료는  Astrophysical Journal 지에 게재되었다.

 

과학자들은 '2MASSJ22282889-431026' 라는 다소 긴 이름을 가지고 있는 갈색 왜성을 향해 허블과 스피처 우주망원경을 동시에 겨냥하였다.

그리고 이 천체가 매 90분 간격으로 자전할 때 밝기와 어둡기가 다양하게 변화하고 있음을 발견하였다.

그러나 더더욱 놀라운 것은, 연구팀이 발견한 이 특정 시간 간격의 밝기 변화가, 연구팀이 적외선의 서로 다른 파장을 이용하여 관측한 것과 관계가 있다는 점이었다. 

이러한 변화 양상은 지구만큼이나 거대한 규모의 폭풍에 의해 완전히 둘러싸여 있는 이 갈색왜성의  각각 다른 대기층의 관측으로부터 만들어진 것이다.

 

 

사진 2> 이 그래프는 NASA의 허블우주망원경과 스피처 우주망원경이 동시에 관측한 갈색왜성 '2MASSJ22282889-431026'의 밝기 변화 양상을 보여주고 있다.

매 1.4시간의 자전주기에 따라 이 천체는 주기적으로 밝기와 어둡기의 변화양상을 보여주었다. 

그런데 놀랍게도 이러한 밝기 변화의 주기는 서로 다른 적외선 파장으로 측정할 때 관측되었다.

즉, 스피처 우주망원경과 허블 우주망원경의 관측 파장은 이 갈색왜성의 서로 다른 대기층을 관측했던 것이다.

이 주기의 변경양상은 이 천체의 대기를 구성하는 복잡한 구름이나 기후 패턴이 대기 고도에 따라 달라지고 있음을 말해주고 있다.

 스피처와 허블 우주망원경이 서로 다른 층위의 대기를 관측할 수 있었던 것은 어떤 적외선 파장은 고도가 높은 곳에 떠 잇는 수증기나 매탄 증기에 의해 차단되는데 반해 어떤 파장의 적외선은 훨씬 더 깊숙이 투과할 수 있기 때문에 가능했던 것이다.

 

 

사진 3> 이 상상도는 '2MASSJ22282889-431026' 이라는 이름을 가진 갈색왜성의 대기 구조를 보여주고 있다.

NASA의 허블 우주망원경과 스피처 우주망원경이 이 갈색왜성을 동시에 관측하였고 관측 결과는 기대이상이었다.

관측 결과 밝혀진 대기 물질의 층이 이 그림에 묘사되어 있다.

예를 들어 바깥층에 거대한 규모로 형성된 밝은 지역은 곧바로 좀더 깊은 대기로 이동하였다.

이번 관측은 갈색왜성 - 별이 되려다 실패한 구체 가스 -  의 대기가 폭풍에 떠다니는 왠만한 행성 크기의 구름이 가득들어찬 특색을 가지고 있음을 보여주고 있다.

이번 관측은 서로 다른 파장을 이용하여 관측되었다. 허블의 적외선으로는 좀더 깊은 대기를 관측하였고, 스피처 우주망원경으로는 장파장의 적외선을 이용하여 바깥 부분을 관측하였다.

그 결과 이 갈색왜성이 자전하는 매 1.4시간동안 대기 상에 밝은 지역과 어두운 지역이 교체되면서 나타나는 밝기의 변화양상이 관측되었다.     

각각의 파장에서 관측한 결과 밝기 변화의 주기가 계속 감소되거나 주기를 벗어나는 양상을 보이고 있었는데 이는 각 층위간의 이동이 발생하고 있음을 말해주고 있는 것이다.

 

이번 논문의 공동 저자이자 NASA 에임스 연구 센터의 과학자인 마크 말리(Mark Marley)는 이번 연구의 의미를 다음과 같이 말하고 있다.
"물로 구성된 지구의 구름이나 목성의 암모니아 구름과는 달리, 이 갈색왜성의 구름은 수많은 먼지들과 액체상태의 철 방울들, 그리고 대단히 이질적인 혼합물들로 구성된 뜨거운 덩어리들이라 할 수 있습니다.
이번에 스피처와 허블 우주망원경이 발견한 거대한 대기 폭풍은 또다른 극단적인 기상에 대한 새로운 개념을 심어주는 것이라 할 수 있죠." 
 
벤즐리는 이번 연구는 과학자들이 갈색왜성의 대기 구조에 대해 동시에 서로 다른 고도에서 나타나는 변이를 직접 탐색한 첫 번째 사례라고 말했다.
"비록 갈색왜성이 별이라는 천체에 비해서는 상대적으로 낮은 온도이긴 하지만 지구의 기준에서 보면 높은 온도를 가지고 있는 천체랍니다.
이번에 관측된 갈색왜성의 온도는 약 6백도에서 7백도 수준이죠."

 

이번 연구에 참여한 아리조나대학의 이론물리학자인 아담 쇼우맨(Adam Showman)의 설명은 다음과 같다.
"우리가 이번에 관측한 것은 거대한 질량의 구름들이 형성되는 것에 대한 증거이기도 합니다.

아마도 이것은 목성의 대적반을 좀더  대규모 버전으로 확대한 것과 같은 이치일 것입니다.
이번에 관측된 빛의 변이 양상은 갈색왜성의 기후 시스템이 어떤 양상으로 수직으로 도열해 있는가를 알 수 있는 지문을 채취한 것이기도 합니다.
이번 관측 데이터는 갈색왜성이라는 천체에 대해 어느 지역에 구름이 몰려 있는지 그리고 어떤 지역에서는 상대적으로는 좀 더 안정적이고 메마른 조건을 가진 높은 고도에 반해 엄청난 규산염 증기들이 몰려 있는 깊은 대기가 존재하는지, 그리고 어떤 지역에서 이것과 반대 양상을 보이는지에 대한 정보를 제공해 주고 있는 것입니다." 

과학자들은 스피처와 허블우주망원경을 이용하여 우리 주변에 존재하는 더 많은 갈색왜성들의 대기를 탐사할 계획이다.

 

워싱턴 NASA 본부의 스피처 프로그램의 과학자인 글랜 월그랜(Glenn Wahlgren)은 이번 관측을 다음과 같이 평가하고 있다.
"이와 같은 연구로부터 우리는 별과 목성의 중간 단계에 존재하는 중요한 등급의 천체들에 대해 많은 것을 배우게 될 것입니다.
이번에 사용된 기술은 우리가 외계행성 각각을 촬영해 낼만한 기술수준에 도달했을 때, 훨씬 더 광범위한 장면들을 보게 해줄 것입니다."

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2013년 1월 8일 발표된 뉴스입니다만, 허블 사이트에서는 소개 정도만이 다루어졌습니다.

   하여 본 내용에 기록된 뉴스는 NASA의 News Release로부터 가져온 것입니다. 

   출처 : http://www.nasa.gov/mission_pages/spitzer/news/spitzer20130108.html

 

참고 : 다양한 별에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
        https://big-crunch.tistory.com/12346972 

참고 : 갈색왜성의 대기 변화 양상에 대한 또다른 포스팅 
         https://big-crunch.tistory.com/12347056

 

원문>

 

사진 1>

ABOUT THIS IMAGE:

This artist's conception illustrates the brown dwarf named 2MASSJ22282889-431026. NASA's Hubble and Spitzer space telescopes observed the object to learn more about its turbulent atmosphere. Brown dwarfs are more massive and hotter than planets but lack the mass required to become sizzling stars. Their atmospheres can be similar to the giant planet Jupiter's.

Hubble and Spitzer simultaneously observed the object as it rotated every 90 minutes. The results suggest wind-driven, planet-size clouds.

Image Type: Artwork

 

Illustration Credit: NASA, ESA, and JPL-Caltech

Science Credit: NASA, ESA, and D. Apai and E. Buenzli (University of Arizona)

 

NASA Telescopes See Weather Patterns in Brown Dwarf

 

PASADENA, Calif. -- Astronomers using NASA's Spitzer and Hubble space telescopes have probed the stormy atmosphere of a brown dwarf, creating the most detailed "weather map" yet for this class of cool, star-like orbs. The forecast shows wind-driven, planet-sized clouds enshrouding these strange worlds.

Brown dwarfs form out of condensing gas, as stars do, but lack the mass to fuse hydrogen atoms and produce energy. Instead, these objects, which some call failed stars, are more similar to gas planets with their complex, varied atmospheres. The new research is a stepping-stone toward a better understanding not only of brown dwarfs, but also of the atmospheres of planets beyond our solar system.

"With Hubble and Spitzer, we were able to look at different atmospheric layers of a brown dwarf, similar to the way doctors use medical imaging techniques to study the different tissues in your body," said Daniel Apai, the principal investigator of the research at the University of Arizona in Tucson, who presented the results at the American Astronomical Society meeting Tuesday in Long Beach, Calif.

A study describing the results, led by Esther Buenzli, also of the University of Arizona, is published in the Astrophysical Journal Letters.

The researchers turned Hubble and Spitzer simultaneously toward a brown dwarf with the long name of 2MASSJ22282889-431026. They found that its light varied in time, brightening and dimming about every 90 minutes as the body rotated. But more surprising, the team also found the timing of this change in brightness depended on whether they looked using different wavelengths of infrared light.

These variations are the result of different layers or patches of material swirling around the brown dwarf in windy storms as large as Earth itself. Spitzer and Hubble see different atmospheric layers because certain infrared wavelengths are blocked by vapors of water and methane high up, while other infrared wavelengths emerge from much deeper layers.

"Unlike the water clouds of Earth or the ammonia clouds of Jupiter, clouds on brown dwarfs are composed of hot grains of sand, liquid drops of iron, and other exotic compounds," said Mark Marley, research scientist at NASA's Ames Research Center in Moffett Field, Calif., and co-author of the paper. "So this large atmospheric disturbance found by Spitzer and Hubble gives a new meaning to the concept of extreme weather."

Buenzli says this is the first time researchers can probe variability at several different altitudes at the same time in the atmosphere of a brown dwarf. "Although brown dwarfs are cool relative to other stars, they are actually hot by earthly standards. This particular object is about 1,100 to 1,300 degrees Fahrenheit (600 to 700 degrees Celsius)," Buenzli said.

"What we see here is evidence for massive, organized cloud systems, perhaps akin to giant versions of the Great Red Spot on Jupiter," said Adam Showman, a theorist at the University of Arizona involved in the research. "These out-of-sync light variations provide a fingerprint of how the brown dwarf's weather systems stack up vertically. The data suggest regions on the brown dwarf where the weather is cloudy and rich in silicate vapor deep in the atmosphere coincide with balmier, drier conditions at higher altitudes -- and vice versa."

Researchers plan to look at the atmospheres of dozens of additional nearby brown dwarfs using Spitzer and Hubble.

"From studies such as this we will learn much about this important class of objects, whose mass falls between that of stars and Jupiter-sized planets," said Glenn Wahlgren, Spitzer program scientist at NASA Headquarters in Washington. "This technique will see extensive use when we are able to image individual exoplanets."

NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif., manages the Spitzer Space Telescope mission for NASA's Science Mission Directorate, Washington. Science operations are conducted at the Spitzer Science Center at the California Institute of Technology in Pasadena. Data are archived at the Infrared Science Archive housed at the Infrared Processing and Analysis Center at Caltech. Caltech manages JPL for NASA. For more information about Spitzer, visit http://spitzer.caltech.edu and http://www.nasa.gov/spitzer .

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency. NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Md., conducts Hubble science operations. STScI is operated by the Association of Universities for Research in Astronomy, Inc., in Washington. For more information about Hubble, visit http://www.hubblesite.org and http://www.nasa.gov/hubble .

 

 

Whitney Clavin 818-354-4673
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
whitney.clavin@jpl.nasa.gov

J.D. Harrington 202-358-0321
Headquarters, Washington
j.d.harrington@nasa.gov

2013-013

 

사진 2>

Probing Brown Dwarf Layers

This graph shows the brightness variations of the brown dwarf named 2MASSJ22282889-431026 measured simultaneously by both NASA’s Hubble and Spitzer space telescopes. As the object rotates every 1.4 hours, its emitted light periodically brightens and dims. Surprisingly, the timing, or phase, of the variations in brightness changes when measured at different wavelengths of infrared light. Spitzer and Hubble’s wavelengths probe different layers in the atmosphere of the brown dwarf. The phase shifts indicate complex clouds or weather patterns that change with altitude.

Image credit: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

 

사진 3>

Anatomy of Brown Dwarf's Atmosphere

This artist's illustration shows the atmosphere of a brown dwarf called 2MASSJ22282889-431026, which was observed simultaneously by NASA's Spitzer and Hubble space telescopes. The results were unexpected, revealing offset layers of material as indicated in the diagram. For example, the large, bright patch in the outer layer has shifted to the right in the inner layer. The observations indicate this brown dwarf -- a ball of gas that "failed" to become a star -- is marked by wind-driven, planet-size clouds.

The observations were made using different wavelength of light: Hubble sees infrared light from deeper in the object, while Spitzer sees longer-wavelength infrared light from the outermost surface. Both telescopes watched the brown dwarf as it rotated every 1.4 hours, changing in brightness as brighter or darker patches turned into the visible hemisphere. At each observed wavelength, the timing of the changes in brightness was offset, or out of phase, indicating the shifting layers of material.

Image credit: NASA/JPL-Caltech