켄타우루스자리 프록시마별(프록시마 센타우리)에서 감지된 거대 플레어

Credit: NRAO/AUI/NSF; D. Berry

 

그림 1> 이 그림은 태양에서 가장 가까운 별인 켄타우루스자리 프록시마별과 같은 유형의 적색난쟁이별을 그린 상상화이다. 

ALMA의 관측 데이터를 분석한 결과 켄타우루스자리 프록시마별에서 발생하는 폭발적인 플레어로 인해 이곳에 있는 행성은 실제 생명체가 거주하기에는 적합하지 않을 것으로 추정된다. 

 

태양에서 가장 가까운 별인 켄타우루스자리 프록시마별로부터 몰아쳐나오는 폭풍으로 인해 이 곳은 생명체가 살기에는 적합하지 않을 것으로 추정된다.

천문학자들로 구성된 연구팀이 ALMA의 데이터를 이용하여 지난 3월 켄타우루스자리 프록시마별로부터 분출된 거대한 플레어를 발견했다.

 

아스트로피지컬 저널에 개재된 이번 발견은 우리 태양계로부터 가장 가까운 외계행성이자 켄타우루스자리 프록시마 별 주위를 공전하고 있는 프록시마 b 가 과연 생명체가 살기 적합한 행성인지에 대한 의문을 불러일으키고 있다.

이번에 탐지된 플레어는 절정기의 밝기가 동일 파장에서 우리 태양에서 발생한 가장 큰 플레어보다 10배나 밝았다.

 

이번 플레어는 ALMA의 밀리미터 및 서브밀리미터 파장에서 감지되었는데, 이 대역에서는 별에서 발생하는 플레어에 대한 연구 실적이 거의 없다. 

특히 켄타우루스자리 프록시마별과 같은 M 유형의 난쟁이별들에서는 더욱 그러한데 이 유형은 우리 은하에서 가장 일반적으로 존재하는 별의 유형이기도 하다.

 

카네기 연구소의 천문학자인 알리시아 와인버거(Alycia Weinberger)와 함께 이번 연구를 이끈 카네기 연구소 지자기분과의 천문학자 메리디스 맥그레거(Meredith MacGregor)는 2017년 3월 24일은 켄타우루스자리 프록시마별에게는 평소와는 완전히 다른 날이었다고 말했다.

 

이번 발견은 하바드-스미스소니언 천체물리센터의 데이비드 윌너(David Wilner)와 아담 코왈스키(Adam Kowalski), 콜로라도 볼더 대학의 스티븐 크랜머(Steven Cranmer)가 함께 이뤄냈다. 

이들은 지난해 촬영된 ALMA의 관측 데이터를 재분석하는 와중에 이 거대한 플레어를 발견했다.

 

플레어로 인해 켄타우루스자리 프록시마별의 밝기는 평소대비 1000배나 더 밝은 상태가 10초 이상 지속되었다.

이러한 현상은 비교적 작은 플레어가 발생한 이후 이어졌다. 

 

ALMA가 지난 해 1월부터 3월사이 이별을 관측한 총 10시간 중 플레어가 지속된 시간은 2분이 채 안되는 시간이었다.

 

플레어는 별의 자기장 변화가 전자를 거의 빛에 육박하는 속도로 가속시킬 때 발생한다.

가속된 전자는 별의 대부분을 구성하는 고에너지 이온화 플라즈마와 상호작용을 하게 되고 이로부터 발생한 분출은 전자기스펙트럼 전영역에 걸쳐 복사를 만들어낸다.

 

맥그레거의 설명은 다음과 같다.

"플레어가 발생하는 동안 프록시마 b 행성은 고에너지복사에 강타당했을 것입니다. 

프록시마 b가 형성되고 나서 지난 수십억년 동안 이와 같은 플레어는 이 행성의 대기나 바다를 증발시켜버렸을 수도 있고 그 표면을 완전히 메마르게 만들었을 수 있습니다. 

이것이 의미하는 것은 생명체가 서식가능하기 위한 조건이 단순히 액체상태의 물이 유지되기 위해 별로부터 적절한 거리를 유지하는 것 이상일 수 있음을 말해주는 것입니다."

 

켄타우루스자리 프록시마별의 평균밝기를 해석한 ALMA의 관측 데이터로 예전에 발표된 논문에는 이 별의 평균 밝기로 별과 플레어, 그리고 그 별빛을 차폐하는 켄타우루스 프록시마별 주위를 둘러싼 여러 먼지띠들이 모두 포함되어 있다. 

이 먼지띠는 태양계의 소행성 밸트나 카이퍼 밸트와 다를바 없는 띠이다.

 

그러나 맥그레거와 와인버그 및 연구팀원들은 이 모든 것을 조합하여 평균을 구하는 대신 관측시간에 따라 살펴보았으며 그 결과 켄타우루스자리 프록시마별로부터 한순간 복사되는 폭발을 볼 수 있었다.

 

와인버그의 소감은 다음과 같다.

"이제보니 켄타우루스자리 프록시마별 주위에 상당한 양의 먼지가 있을 것이라고 생각할 이유도 없고 이 별이 우리 태양계처럼 많은 행성들을 거느리고 있다는 것을 말해주는 정보도 없습니다."

 

Credit: Meredith MacGregor, Carnegie

 

표 1> 이 표는 ALMA가 관측한 켄타우루스자리 프록시마별의 밝기를 그린 것으로 2017년 3월 24일 발생한 사건이 2분 넘게 표시되어 있다.

거대한 플레어는 붉은 색으로 표현되어 있다. 

그 앞서 발생한 비교적 작은 플레어는 주황색으로 표시되어 있다. 

그리고 플레어 전후로 발생한 복사는 푸른색으로 표시되어 있다.

플레어 절정기에 켄타우루스자리 프록시마별의 밝기는 1,000배나 높아졌다. 

음영으로 표시된 것은 그만큼의 편차가 있음을 나타낸 것이다. 

 

Credit: Roberto Molar Candanosa / Carnegie Institution for Science, NASA/SDO, NASA/JPL

 

그림 2> 이 그림은 켄타우루스자리 프록시마별에서 발생한 플레어를 그린 상상화로서 태양에서 발생한 가장 거대한 플레어의 모습을 따라 그린 것이다.

앞쪽으로 보이는 것은 프로시마 b 행성의 모습이다.

프록시마 b는 자신의 별인 켄타우루스자리 프록시마별을 지구와 태양 거리 대비 20배 더 가까운 거리에서 돌고 있다.

이번에 발생한 플레어가 태양플레어보다 10배다 더 강력했으므로 프록시마 b가 받았을 충격은 지구가 태양플레어에서 받는 충격대비 4,000배 수준이나 된다. 

 

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) News Release  2018년 2월 26일자 

       https://public.nrao.edu/news/2018-alma-flare-proxima/

         

참고 : 프록시마 b를 비롯한 각종 외계행성에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
         https://big-crunch.tistory.com/12346973

         

 

원문>

 

News Release: February 26, 2018 at 8:50 am

Powerful Flare from Star Proxima Centauri Detected with ALMA

Puts habitability of nearby system into question

Space weather emitted by Proxima Centauri, the star closest to our sun, may make that system rather inhospitable to life after all.

Using data from the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), a team of astronomers discovered that a powerful stellar flare erupted from Proxima Centauri last March. This finding, published in the Astrophysical Journal Letters, raises questions about the habitability of our solar system’s nearest exoplanetary neighbor, Proxima b, which orbits Proxima Centauri.

At its peak, the newly recognized flare was 10 times brighter than our sun’s largest flares, when observed at similar wavelengths. Stellar flares have not been well studied at the millimeter and submillimeter wavelengths detected by ALMA, especially around stars of Proxima Centauri’s type, called M dwarfs, which are the most common in our galaxy.

“March 24, 2017, was no ordinary day for Proxima Cen,” said Meredith MacGregor, an astronomer at the Carnegie Institution for Science, Department of Terrestrial Magnetism in Washington, D.C., who led the research with fellow Carnegie astronomer Alycia Weinberger. Along with colleagues from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, David Wilner and Adam Kowalski, and Steven Cranmer of the University of Colorado Boulder — they discovered the enormous flare when they reanalyzed ALMA observations taken last year.

The flare increased Proxima Centauri’s brightness by 1,000 times over 10 seconds. This was preceded by a smaller flare; taken together, the whole event lasted fewer than two minutes of the 10 hours that ALMA observed the star between January and March of last year.

Stellar flares happen when a shift in the star’s magnetic field accelerates electrons to speeds approaching that of light. The accelerated electrons interact with the highly charged plasma that makes up most of the star, causing an eruption that produces emission across the entire electromagnetic spectrum.

“It’s likely that Proxima b was blasted by high energy radiation during this flare,” MacGregor explained, adding that it was already known that Proxima Centauri experienced regular, although smaller, X-ray flares. “Over the billions of years since Proxima b formed, flares like this one could have evaporated any atmosphere or ocean and sterilized the surface, suggesting that habitability may involve more than just being the right distance from the host star to have liquid water.”

An earlier paper that also used the same ALMA data interpreted its average brightness, which included the light output of both the star and the flare together, as being caused by multiple disks of dust encircling Proxima Centauri, not unlike our own solar system’s asteroid and Kuiper belts.

But when MacGregor, Weinberger, and their team looked at the ALMA data as a function of observing time, instead of averaging it all together, they were able to see the transient explosion of radiation emitted from Proxima Centauri for what it truly was.

“There is now no reason to think that there is a substantial amount of dust around Proxima Cen,” Weinberger said. “Nor is there any information yet that indicates the star has a rich planetary system like ours.”

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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This research is presented in a paper titled “Detection of a millimeter flare from Proxima Centauri,” by M. MacGregor, et al., published in the Astrophysical Journal Letters. [https://doi.org/10.3847/2041-8213/aaad6b; preprint: http://arxiv.org/abs/1802.08257]

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of the European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO), the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the Ministry of Science and Technology (MOST) in Taiwan and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.

This research was supported in part by a National Science Foundation Astronomy and Astrophysics Postdoctoral Fellowship under Award No. 1701406.

The Carnegie Institution for Science (carnegiescience.edu) is a private, nonprofit organization headquartered in Washington, D.C., with six research departments throughout the U.S. Since its founding in 1902, the Carnegie Institution has been a pioneering force in basic scientific research. Carnegie scientists are leaders in plant biology, developmental biology, astronomy, materials science, global ecology, and Earth and planetary science.

Contacts:

Charles Blue, NRAO Public Information Officer
(434) 296-0314; cblue@nrao.edu

Meredith MacGregor, Carnegie Institution for Science
(202) 478-8846; mmacgregor@carnegiescience.edu

Alycia Weinberger, Carnegie Institution for Science
aweinberger@carnegiescience.edu
(202) 478-8852