태양계 밖 행성을 찾는 새로운 방법 (격변성, Cataclysmic variable stars, CV)

격변성, Cataclysmic variable stars, CV

 누에보 레온 자치대학(UANL)의 Carlos Chavez 박사를 필두로 한 연구팀은 태양계외 행성을 발견하는 새로운 기법에 관한 연구 성과를 발표했다. 연구팀이 주목한 것은, 밝기가 격렬하게 변화하는 것으로 알려진 변광성의 일종, 백색 왜성과 항성으로 이루어지는 「격변성」이라고 불리는 연성계입니다.

 

격변성의 밝기의 변화를 바탕으로 계외 행성이나 갈색 왜성을 검출할 수 있는 가능성

 

 백색 왜성이란 태양처럼 비교적 가벼운 항성(태양의 8배 이하의 질량)이 적색 거성으로 진화한 후에 가스를 잃고 코어(핵)만이 남은 천체를 말한다. 지름은 지구와 같지만 질량은 태양의 4분의 3 정도도 있다고 여겨지는 고밀도 격변성에서는 백색 왜성과 항성이 서로 접근한 궤도를 공전하고 있고, 항성에서 흘러나온 가스가 백색 왜성에 낙하하고 있는 것으로 보여지고 있습니다.

 

 이 가스가 폭주적인 열핵반응에 이르면 백색 왜성의 표층이 날아가는 '신성'(Nova, 고전 신성)이라는 현상이 일어납니다. 또한 가스가 계속 하강하여 백색 왜성의 질량이 태양의 약 1.4배(챈드라 세칼 한계)에 이르면 '초신성'(Supernova)의 일종인 'Ia형 초신성'이 일어날 것으로 생각됩니다.

 

다만, 가스는 곧바로 백색 왜성으로 향하는 것이 아니라, 나선을 그리면서 낙하하는 것으로, 백색 왜성의 주위에 「강착 원반」이라고 불리는 얇은 원반 구조를 형성한다고 되어 있습니다. 강착 원반의 온도는 매우 높고, 그 밝기는 백색 왜성이나 항성의 밝기를 압도할 정도로, 격변성으로부터의 빛의 대부분은 강착 원반에서 나온다고 합니다. 덧붙여서, 신성보다 소규모 폭발이 반복되는 '왜신성'(Dwarf nova)은 백색 왜성을 둘러싸는 강착 원반의 상태가 변화함에 따라 발생하는 것으로 생각되고 있습니다. 만약, 이 격변성을 행성이나 갈색 왜성이 공전하고 있었다고 해도, 일반적인 항성을 공전하는 행성 등과 같이, 직접 발견하는 것은 어려울 것입니다.

 

그러나 격변성을 공전하는 행성 등의 '제3의 천체'는 항성에서 흘러 나와 백색 왜성 주위에 강착원반을 만들어내는 가스에 대해 중력을 통해 영향을 미치는 것으로 격변성의 밝기 를 변화시키고 있을 가능성이 생각된다고 합니다. 이 밝기의 변화를 포착할 수 있다면, 격변성을 공전하는 “제3의 천체”를 간접적으로 검출할 수 있을지도 모릅니다. ※…항성과 행성의 중간에 해당하는 천체, 질량은 하한이 목성의 13~15배·상한은 목성의 75~80배 정도라고 생각되고 있는 거기서 Chavez씨들은, 격변성의 밝기의 변화도 그리고 행성과 같은 어두운 천체를 검출하는 기법을 검증하기 위해 4 개의 격변성의 관측 데이터를 분석했습니다. 그 결과, 「키린자리 LU별(LU Camelopardalis)」 「헤비자리 QZ별(QZ Serpentis)」 「야마네코자리 BK성(BK Lyncis)」의 3개에 대해서, 비교적 질량이 가벼운 “제3의 천체”가 공전하고 있을 가능성이 나타났다고 합니다.

 

 3개의 격변성 중 '헤비자 QZ 별'을 공전하는 천체의 추정 질량은 목성의 0.63배(지구의 약 200배)로 행성의 범위에 들어가 있다. 이와 같이 '키린자리 LU성'과 '야마네코자리 BK성'을 공전하는 천체의 추정 질량은 목성의 90배 전후로 갈색 왜성의 상한을 약간 웃돌고 있을 가능성이 있는 것 같습니다. 1992년 펄서를 공전하는 태양계외 행성이 발견된 이후 올해 30년, 알려진 계외 행성의 수는 2022년 7월 18일 현재 5063개에 달했다(미국 항공 우주국(NASA) ) 태양계 외부 행성 데이터베이스에서). 연구팀은 이번에 이용한 새로운 수법에 대해 연성을 공전하는 계외 행성을 수색하는데 유망하다고 확신하고 있다는 것입니다.