TVLM 513-46546 : 강력한 자기장을 뿜어내는 적색 난쟁이별

Credit: NRAO/AUI/NSF; Dana Berry / SkyWorks

동영상1> 적색난쟁이별 TVLM 513-46546 의 상상도
ALMA의 관측결과는 이 별이 놀랄만큼 강력한 자기장을 가지고 있음을 말해주고 있다.
이처럼 강력한 자기장은 태양 플레어와 같은 분출과 연관성이 있을 것으로 생각된다.

 

Credit: NRAO/AUI/NSF; Dana Berry / SkyWorks
동영상2> 적색난쟁이별 TVLM 513-46546 을 자기장선 없이 묘사해본 상상화이다.

 
천문학자들이 ALMA를 이용하여 놀랍도록 강력한 자기장을 생성해내는 희미하고 차가운 난쟁이 별을 발견했다.
이들이 만들어내는 자기장은 태양이 만들어내는 가장 강력한 자기장 지역의 강도와 필적할만한 수준이다.

 

이 별의 독특한 자기장은 태양의 플레어 분출과 같이 지속적으로 발생하는 분출과 연관되어 있을 가능성이 있다.

우리 태양과 마찬가지로 이 별에서 생성된 플레어는 별을 촘촘하게 휘감고 있는 자기장을 따라 움직일 것이고 우주 입자의 가속기처럼 작용할 것이다.
또한 이 작용이 잔자의 경로를 구부려 복사를 만들어내는 원인으로 작동하고 이렇게 해서 생성된 라디오파가 ALMA에 의해 포착된 것이다.
 
천문학자들이 주목하는 것은 이러한 강력한 플레어 활동으로 인해 만약 가까운 거리에 행성이 있다면 하전 입자에 완전히 둘러싸여 있을 것이라는 점이다.
 
이번 논문의 주저자인 하바드-스미스소니언 천체물리 센터, 피터 윌리엄스(Peter Williams)의 설명은 다음과 같다.
"만약 우리가 이 별 주위에 살고 있었다면 우리는 일체 인공위성 통신을 사용하지 못했을 것입니다.
 사실 이와 같은 환경에서는 생명이 탄생하여 진화하기는 매우 어려울 것입니다."

 

ALMA를 이용하여 진행된 연구팀의 연구 대상은 목동자리 방향으로 35광년 거리에 위치하고 있는 붉은 난쟁이별 TVLM 513-46546 이다.
이 별의 질량은 태양 질량 대비 10% 수준이다.
이 별은 너무나 작고 온도도 그다지 뜨겁지 않아 스스로 핵융합을 통해 빛을 내는 별과 스스로 핵융합을 진행하지 못하는 갈색 난쟁이별의 경계지점에 위치하고 있다.

 

이 작은 별을 주목하게 만드는 것 중 하나는 이 별이 대단히 빠르게 자전하고 있다는 것이다.
이 별은 완전히 한바퀴를 도는데 2시간밖에 걸리지 않는다.
참고로 태양의 경우 적도를 기준으로 완전히 한바퀴를 도는데는 25일이 소요된다.

 

국립전파천문대의 칼 G. 얀스키 초대형 배열을 통해 수행된 기존 관측 데이터에 의하면
이 별이 만들어내는 자기장의 강도는 태양이 만들어내는 가장 강력한 자기장에 필적하는 수준이며 태양이 만들어내는 평균 자기장의 강도에는 수백 배에 달하는 수준이다. 
 
이와 같은 관측 결과는 천문학자들을 혼란에 빠뜨렸는데, 태양에서 자기장을 만들어내는 것과 같은 물리적 과정이 이처럼 작은 별에서는 발생하지 못할 것으로 추정되었기 때문이다.

 

이번 논문의 공동저자인 하바드-스미스소니언 천체물리 센터, 에도 버거(Edo Berger)는 이 별의 자기장이 우리에게 말해주는 것은 이 별이 우리 태양과는 완전히 다른 형태의 별이라는 사실이라고 말했다.

 

천문학자들이 ALMA를 이용하여 이 별을 관측했을 때 특히 고주파(95 기가헤르츠, 약 3밀리미터 파장)에 해당하는 복사를 감지해냈다.
이와 같은 라디오파는 강력한 자기장을 형성하는 자기선의 주위를 전자가 빠르게 움직이는 현상인 싱크로트론 방출(synchrotron emission)이라 알려진 과정에 의해 생성되는 것으로 이는 강도가 더 높은 자기장에서 더 높은 주파로 발생하는 것이다.

적색 난쟁이별에서 이와 같은 높은 주파수의 플레어와 같은 복사가 탐지되기는 이번이 처음이다.

 

밀리미터 파장에서 이와 같은 별이 감지된 것도 이번이 처음인데 이로서 ALMA는 새로운 연구의 장을 열어젖힌 것이라 할 수 있다.
우리 태양 역시 태양 플레어로부터 유사한 복사를 만들어내긴 하지만 이는 간헐적으로 발생하는 현상이다.

 

이 별로부터 발생하는 복사에서 더 찾아볼 수 있는 특징은 이 별의 질량이 태양 질량의 10분의 1 수준에도 미치지 못함에도 불구하고 그 밝기가 태양이 만들어내는 복사보다 1만배나 더 밝다는 것이다.
ALMA가 4시간 이라는 짧은 관측동안 이러한 복사를 감지해냈다는 사실은 이 적색 난쟁이별이 지속적으로 왕성한 활동성을 유지하고 있음을 의미하는 것이다.

 

이러한 사실은 태양계 바깥에서 생명체의 거주가 가능할만한 행성을 찾는데 있어서도 중요한 의미를 갖는다.
적색 난쟁의별은 미리내에서 가장 흔한 유형에 속하는 별이기 때문에 행성 탐사에 있어서도 주요 탐사 대상이 되는 별이다.

 

그러나 적색 난쟁이별의 온도는 그다지 높지 않기 때문에 그 주위를 도는 행성의 표면에 액체 상태의 물이 유지되기 위해서는 충분히 가까운 거리에서 별 주위를 돌고 있어야 한다.
천문학자들의 계산에 따르면 이러한 근접성으로 인해 별로부터 발생하는 복사가 대기를 벗겨내고 복잡한 분자를 파괴하게 된다.

 

천문학자들은 이와 유사한 형태의 별들이 한결같이 동일한 형태를 갖는지, 아니면 이 별만이 유독 독특한 별인지를 결정하기 위해 추가 연구를 계속할 예정이다.
이번 발견은 아스트로피지컬 저널에 개재가 허락되었으며 온라인 상에서는 현재도 조회가 가능하다.

 

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2015년 11월 19일자 
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/alma-dwarf-star-2015

 

참고 : TVLM 513-46546을 비롯한 별에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

 

원문>

For Release: November 19, 2015; 9 a.m. EST

Cool, Dim Dwarf Star is Magnetic Powerhouse

Astronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) have discovered that a dim, cool dwarf star is generating a surprisingly powerful magnetic field, one that rivals the most intense magnetic regions of our own Sun.

The star’s extraordinary magnetic field is potentially associated with a constant flurry of solar-flare-like eruptions. As with our Sun, these flares would trace tightly wound magnetic field lines that act like cosmic particle accelerators: warping the path of electrons and causing them to emit telltale radio signals that can be detected with ALMA.

Such intense flare activity, the astronomers note, would barrage nearby planets with charged particles.

"If we lived around a star like this one, we wouldn’t have any satellite communications. In fact, it might be extremely difficult for life to evolve at all in such a stormy environment," says lead author Peter Williams of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge, Massachusetts.

The team used ALMA to study the well-known red dwarf star TVLM 513-46546, which is located about 35 light-years from Earth in the constellation Boötes.

The star is a mere 10 percent the mass of the Sun and is so small and cool that it's right on the dividing line between stars (which fuse hydrogen) and brown dwarfs (which don’t). one of the things that make this small star remarkable is that it spins rapidly, completing a full rotation about every two hours. Our Sun takes about 25 days to rotate once at its equator.

Previous data from the National Radio Astronomy Observatory’s Karl G. Jansky Very Large Array in Socorro, New Mexico, show that this star exhibits a magnetic field that rivals the Sun’s most extreme magnetic regions and is several hundred times stronger than the Sun's average magnetic field.

This puzzled astronomers because the physical processes that generate the Sun’s magnetic field shouldn’t operate in such a small star.

"This star is a very different beast from our Sun, magnetically speaking," states CfA astronomer and co-author Edo Berger.

When the researchers examined the star with ALMA they detected emission at a particularly high frequency (95 GHz or a wavelength of about 3 millimeters). Such a radio signal is produced by a process known as synchrotron emission, in which electrons zip around powerful magnetic field lines: the more powerful the magnetic field, the higher the frequency.

This is the first time that flare-like emission at such high frequencies has been detected from a red dwarf star. It is also the first time that such a star has been detected at millimeter wavelengths, opening up a new avenue of study with ALMA.

Our Sun generates similar emission from solar flares but only intermittently. What's more, the emission from this star is 10,000 times brighter than what our own Sun produces, even though it has less than one-tenth of the Sun's mass. The fact that ALMA detected this emission in a brief 4-hour observation suggests that the red dwarf is continuously active.

This has important implications for the search for habitable planets outside the Solar system. Red dwarfs are the most common type of star in our Galaxy, which makes them promising targets for planet searches. But because a red dwarf is so cool, a planet would have to orbit very close to the star to be warm enough for liquid water to exist at its surface. That proximity would put the planet right in the bull's-eye for radiation that could strip its atmosphere or destroy any complex molecules on its surface, the astronomers speculate. 

Astronomers will study similar stars in the future to determine whether this one is an oddball or an example of an entire class of stormy stars.

These findings have been accepted for publication in The Astrophysical Journal and are available online.

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

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(434) 296-0314; cblue@nrao.edu

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