최초로 작성된 갈색왜성의 기상도

 

 

Credit:ESO/I. Crossfield
그림 1>
ESO의 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)을 이용하여 지구로부터 가장 가까운 갈색왜성 표면의 기상도가 최초로 작성되었다. 국제 연구팀이 비공식적으로는 루만 16B(Luhman 16B)로 알려져 있는 갈색왜성 WISE J104915.57-531906.1B 의 어둡고 밝은 대기 구조의 도표를 최초로 작성하였다.
이 갈색왜성은 태양으로부터 고작 6광년 밖에 떨어져 있지 않은, 최근에 발견된 한 쌍의 갈색왜성 중 하나이다.
이 표는 자전에 따른 모습을 동일 시공간으로 6등분하여  표현하고 있다.

 

 

 

Credit: ESO/I. Crossfield/N. Risinger (skysurvey.org)
그림 2> 이 상상화는 최초로 기상도가 작성된 지구로부터 가장 가까운 갈색왜성의 모습을 그려본 것이다.
         화가의 상상으로 덧붙인 왜성 표면의 희미하고 섬세한 구조에 주목하라.

 

최초로 작성된 갈색왜성의 기상도

 

ESO의 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)를 이용하여 지구로부터 가장 가까운 갈색왜성 표면의 기상도가 최초로 작성되었다. 국제 연구팀이 비공식적으로는 루만 16B(Luhman 16B)로 알려져 있는 갈색왜성 WISE J104915.57-531906.1B 의 어둡고 밝은 대기 구조의 도표를 최초로 작성하였다. 이 갈색왜성은 태양으로부터 고작 6광년 밖에 떨어져 있지 않은, 최근에 발견된 한 쌍의 갈색왜성 중 하나이다. 이번 연구 결과는 2014년 1월 30일 발행된 네이처지에 개재되었다.

 

갈색왜성은 목성이나 토성과 같은 거대 가스 행성과 희미하고 차가운 별 사이의 천체로 분류되고 있는 천체이다. 

이들은 중심핵에서 핵 융합이 시작되기에는 부족한 질량을 가지고 있으며 적외선파장에서 미약한 빛을 복사해내고 있는 천체이다. 

최초로 갈색왜성으로 확정된 천체가 발견된 것은 고작 20여년 전이다. 

갈색왜성은 파악이 쉽지만은 않은 천체인데, 지금까지 발견된 갈색왜성은 고작 백여개 밖에 되지 않는다. 

 

태양계에서 가장 가까운 거리에 위치하고 있는 갈색 왜성은 한 쌍을 이루는 갈색왜성으로 루만 16AB(Luhman 16AB)라 부른다.[1]
이들은 남반구의 별자리인 돛자리 방향으로 지구로부터 고작 6광년 거리에 위치하고 있다.

이 한쌍의 별은 켄타우루스자리 알파별과 바나드의 별 다음으로 지구와는 세번째로 가까운 연성계인데, 이들이 발견된 것은 2013년 초였다.

 

루만 16B의 경우 희미한 구성성분들의 미세한 밝기 변화 양상이 자전에 따라 수시간 단위로 발생한다는 것이 이미 발견된 바 있으며 이는
이 별의 표면 구조를 특정지을만한 단서가 되었다.

 

지금 천문학자들은 ESO VLT의 능력을 활용하여 단순히 이 갈색왜성의 사진 뿐 아니라 루만 16B 표면의 어두운 지역과 밝은 지역을 지도로 그려내고 있다.

 

 

Credit: ESO/I. Crossfield
그림 3> 루만 16B의 표면 기상도

 

이번 논문의 수석 저자이자 독일 하이델베르그 막스 플랑크 천문연구소의 이안 크로스필드(Ian Crossfield)가 간추려주는 설명은 다음과 같다.

"이전의 연구에서는 갈색 왜성이 얼룩덜룩한 표면을 가지고 있을지 모른다는 가정을 해왔습니다만,  우리는 이번에 이를 지도로 그려낼 수 있게

 되었습니다. 따라서 우리는 곧 갈색왜성에서 구름의 형성 패턴과 진화양상, 소멸 양상을 볼 수 있게 될 것입니다.
 궁극적으로 외계행성 기상학자들은 루만 16B의 방문객들에게 그곳의 날씨가 맑을지 아니면 흐린 날씨일지를 알려줄 수 있게 될 것입니다."
 

이번 기상도를 작성하는데 있어 천문학자들은 영민한 기술을 사용하였다.

천문학자들은 VLT에 탐재된 CRIRES를 이용하여 이 갈색왜성들을 관측하였다.

이 장비는 단순히 루만 16B의 공전에 따른 밝기 변화뿐 아니라 이 어둡거나 밝은 구조물들이 관측자로부터 멀어지는 움직임 또는 관측자에게 다가오는 움직임까지도 볼 수 있게 해 주었다.

이러한 모든 정보를 조합하여 천문학자들은 이 왜성의 표면에서 밝거나 어두운 대역의 기상도를 재 작성할 수 있었던 것이다.

 

갈색왜성의 대기는 거대한 가스상 외계행성들과 매우 유사하므로 관측이 보다 쉬운 갈색왜성을 통한 비교 연구가 가능하다.[2]

천문학자들은 또한 갓 태어난 거대 행성들의 대기 구조에 대해 더 많은 것을 알게 될 것인데, 이러한 수많은 행성들이 2014년 VLT에 탑재될 새로운 장비인 '분광광도계의 높은 대비를 이용한 외계행성 연구 장비(the Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument, SPHERE)를 통해 가까운 시일내에 발견될 것이다.

 

크로스필드의 개인 노트에 적힌 메모는 다음과 같이 끝을 맺고 있다.
"우리가 만든 갈색왜성의 기상도는 외계 행성계에서의 대기 구조를 이해하고자 하는 우리의 목표에 한층 더 가깝게 다가갈 수 있게 해 줄 것이다.
 처음부터 나는 이 기상도의 아름다움과 유용성에 대해 감사의 마음을 가지게 되었다. 
 우리가 태양계 바깥에 있는 천체에 대해 기상도를 그리기 시작했다는 것은 매우 흥분되는 일이다."

 

 

Credit: ESO/I. Crossfield
그림 4> 루만 16B의 자전에 따른 모습을 동일 시공간으로 16등분하여 표현한 것.

 

 

 

Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2 
그림5> 남반구의 별자리 돛자리의 일부를 촬영한 이 광대역 사진에서 한쌍의 갈색왜성인 루만 16AB는 가운데에 위치하고 있다.
         이 사진은 DSS2의 일환으로 제작된 사진이다.
         루만 16AB는 태양계와 매우 가까운 거리에 위치하고 있기 때문에 상대적으로 빠른 속도로 하늘을 가로지르고 있다.
         이 사진은 여러 해 간격으로 각각 촬영된 사진으로부터 만들어져 이 갈색왜성이 두 번 반복해서 담겨 있는데 한 번은 파란색 점으로,
        그리고 다른 한 번은 빨간색 점으로 표시되어 있다.

 

각주
[1] 이 한쌍의 별은 미국의 천문학자 케빈 루만(Kevin Luhman)이 WISE 적외선 관측 위성의 사진에서 발견하였다.

이 별의 공식적인 명칭은 WISE J104915.57-531906.1 이지만 좀더 짧은 표현으로는 이 명칭이 보다 간편하게 사용되고 있다. 
이미 루만은 15개의 연성계를 발견한 이력이 있어 이 연성계의 이름은 루만 16으로 채택되었다. 
이중성계의 명명에 대한 일반 규정에 따라 루만 16A(Luhman 16A)는 보다 밝은 별의 이름으로, 그리고 나머지 하나의 별은 루만 16B로 명명되었다.
따라서 루만 16AB(Luhman 16AB)는 이 한쌍의 천체를 일컫는 이름이 된다.

 

[2] 고온의 목성형 외계행성은 행성보다 훨씬 밝은 빛을 뿜어내는 자신의 별에 매우 가깝게 다가서 있다. 
이러한 현상은 행성 자체로부터 발생하는 희미한 빛이 별빛에 완전히 삼켜지게 되어 행성 자체에 대한 관측을 불가능하게 만든다.       
그러나 갈색왜성의 경우 자신이 만들어내는 희미한 빛을 압도하는 다른 빛이 일체 존재하지 않기 때문에 보다 감도높은 측정치의 도출이 훨씬 용이하다.

 

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release  2014년 1월 29일자 
        http://www.eso.org/public/news/eso1404/

 

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

 

 

원문>

First Weather Map of Brown Dwarf

 

ESO’s VLT charts surface of nearest brown dwarf

 

29 January 2014

 

ESO's Very Large Telescope has been used to create the first ever map of the weather on the surface of the nearest brown dwarf to Earth. An international team has made a chart of the dark and light features on WISE J104915.57-531906.1B, which is informally known as Luhman 16B and is one of two recently discovered brown dwarfs forming a pair only six light-years from the Sun. The new results are being published in the 30 January 2014 issue of the journal Nature.

 

Brown dwarfs fill the gap between giant gas planets, such as Jupiter and Saturn, and faint cool stars. They do not contain enough mass to initiate nuclear fusion in their cores and can only glow feebly at infrared wavelengths of light. The first confirmed brown dwarf was only found twenty years ago and only a few hundred of these elusive objects are known.

 

The closest brown dwarfs to the Solar System form a pair called Luhman 16AB [1] that lies just six light-years from Earth in the southern constellation of Vela (The Sail). This pair is the third closest system to the Earth, after Alpha Centauri and Barnard's Star, but it was only discovered in early 2013. The fainter component, Luhman 16B, had already been found to be changing slightly in brightness every few hours as it rotated — a clue that it might have marked surface features.

 

Now astronomers have used the power of ESO's Very Large Telescope (VLT) not just to image these brown dwarfs, but to map out dark and light features on the surface of Luhman 16B.

 

Ian Crossfield (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), the lead author of the new paper, sums up the results: “Previous observations suggested that brown dwarfs might have mottled surfaces, but now we can actually map them. Soon, we will be able to watch cloud patterns form, evolve, and dissipate on this brown dwarf — eventually, exometeorologists may be able to predict whether a visitor to Luhman 16B could expect clear or cloudy skies.”

 

To map the surface the astronomers used a clever technique. They observed the brown dwarfs using the CRIRES instrument on the VLT. This allowed them not just to see the changing brightness as Luhman 16B rotated, but also to see whether dark and light features were moving away from, or towards the observer. By combining all this information they could recreate a map of the dark and light patches of the surface.

 

The atmospheres of brown dwarfs are very similar to those of hot gas giant exoplanets, so by studying comparatively easy-to-observe brown dwarfs [2] astronomers can also learn more about the atmospheres of young, giant planets — many of which will be found in the near future with the new SPHERE instrument that will be installed on the VLT in 2014.

 

Crossfield ends on a personal note: “Our brown dwarf map helps bring us one step closer to the goal of understanding weather patterns in other solar systems. From an early age I was brought up to appreciate the beauty and utility of maps. It's exciting that we're starting to map objects out beyond the Solar System!”

 

Notes

 

[1] This pair was discovered by the American astronomer Kevin Luhman on images from the WISE infrared survey satellite. It is formally known as WISE J104915.57-531906.1, but a shorter form was suggested as being much more convenient. As Luhman had already discovered fifteen double stars the name Luhman 16 was adopted. Following the usual conventions for naming double stars, Luhman 16A is the brighter of the two components, the secondary is named Luhman 16B and the pair is referred to as Luhman 16AB.

 

[2] Hot Jupiter exoplanets lie very close to their parent stars, which are much brighter. This makes it almost impossible to observe the faint glow from the planet, which is swamped by starlight. But in the case of brown dwarfs there is nothing to overwhelm the dim glow from the object itself, so it is much easier to make sensitive measurements.

 

More information

 

This research was presented in a paper, “A Global Cloud Map of the Nearest Known Brown Dwarf”, by Ian Crossfield et al. to appear in the journal Nature.

 

The team is composed of I. J. M. Crossfield (Max Planck Institute for Astronomy [MPIA], Heidelberg, Germany), B. Biller (MPIA; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, United Kingdom), J. Schlieder (MPIA), N. R. Deacon (MPIA), M. Bonnefoy (MPIA; IPAG, Grenoble, France), D. Homeier (CRAL-ENS, Lyon, France), F. Allard (CRAL-ENS), E. Buenzli (MPIA), Th. Henning (MPIA), W. Brandner (MPIA), B. Goldman (MPIA) and T. Kopytova (MPIA; International Max-Planck Research School for Astronomy and Cosmic Physics at the University of Heidelberg, Germany).

 

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world's most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 15 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world's most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world's largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is the European partner of a revolutionary astronomical telescope ALMA, the largest astronomical project in existence. ESO is currently planning the 39-metre European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, the E-ELT, which will become “the world's biggest eye on the sky”.

 

Links

 

• Research paper in Nature 
• MPIA press release
• Photos of the VLT
• The CRIRES instrument on the VLT

 

Contacts

 

Ian Crossfield
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
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Email: ianc@mpia.de

 

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