천문학 교과서에서는 백색 왜성을 차갑고 상대적으로 흥미롭지 않은 죽은 별의 잔재로 묘사할 수도 있습니다. 이전에 설명할 수 없었던 지연형 백색 왜성의 존재는 기대를 뛰어넘고 수십억 년 동안 친숙한 주계열성만큼 밝게 빛납니다.
연구자들은 일부 백색 왜성이 수십억 년 동안 계속 빛을 내는 이유를 발견했습니다. 이는 더 가벼운 결정이 올라가고 밀도가 높은 액체가 가라앉아 에너지의 균형을 맞추고 표면 밝기를 유지하는 핵심 과정입니다.
사이먼 블루인(Simon Blouin)과 워릭대학교(University of Warwick) 및 뉴저지 프린스턴 고등연구소(Institute for Advanced Study in Princeton)의 새로운 연구에 따르면 이상하게 행동하는 별의 핵심에서는 밀도가 낮은 결정이 형성되어 떠다니는 반면, 무거운 불순물을 함유한 밀도가 높은 액체는 가라앉는 것으로 나타났습니다. 이 고체-액체 증류 과정은 수십억 년에 걸친 냉각을 방해하고 지연 백색 왜성의 변칙적 개체군에서 관찰된 모든 특성을 설명합니다.
항성 수명주기와 백색 왜성 냉각
별의 생명주기는 가스 성운에서 시작됩니다. 가스 성운에서는 새로운 태양의 핵심이 수소 핵을 융합하여 우주로 빛을 방출하기 시작할 만큼 충분한 물질이 축적될 때까지 중력이 물질을 끌어당기기 시작합니다. 결국 대부분의 별은 핵연료가 고갈되어 외층이 벗겨져 행성상 성운으로 들어가고 결국 지구 크기의 백색 왜성이 되어 더 이상 핵융합을 겪지 않게 됩니다.
핵융합을 위한 연료원이 없으면 이 별들은 남은 시간 동안 단순히 냉각될 것으로 예상됩니다. 냉각에 대한 이러한 가정은 백색 왜성의 나이를 추정하는 기초를 제공하며, 이는 결국 은하수 형성에 대한 우리의 이해에 영향을 미칩니다.
가이아 위성 관측 및 연구 결과
백색 왜성 냉각에 대한 기대는 유럽 우주국의 가이아 위성 관측 데이터와 충돌합니다. 2019년에 백색 왜성 인구가 80억 년 이상 동안 냉각을 멈출 수 있었던 것으로 나타났습니다. 이는 빅뱅 이후 지구 나이의 거의 두 배, 우주 나이의 절반 이상입니다.
Blouin과 그의 동료들의 발견은 백색 왜성이 지속적으로 빛을 내는 이유를 설명합니다. 이는 가벼운 결정이 형성되고 떠다니는 동안 밀도가 높은 액체는 가라앉아 중력 에너지를 방출하는 "증류 과정"입니다. 이 과정에서 발생하는 에너지는 백색 왜성이 우주로 방출하는 에너지와 거의 완벽하게 균형을 이루며 표면 광도와 온도는 본질적으로 변하지 않습니다.
Blouin은 "앞으로 백색 왜성을 우주 시계로 사용하여 별의 나이를 측정할 때 이 메커니즘을 고려하는 것이 중요할 것"이라고 설명했습니다.
사이먼 블루인(Simon Blouin)의 기여
사이먼 블루인(Simon Blouin)은 캐나다 이론 천체물리학 연구소(CITA)의 국가 연구원이며 빅토리아 대학의 포크 허윅(Falk Herwig) 교수 밑에서 공부했습니다. Blouin은 2019년 몬트리올 대학교에서 물리학 박사 학위를 취득한 후 미국 로스앨러모스 국립 연구소와 빅토리아 대학교에서 박사후 연구를 마쳤습니다. 그의 작업에서는 백색 왜성 모델을 개선하기 위해 다양한 시뮬레이션 기술을 사용합니다. 이는 물리학자와 천문학자가 이러한 별을 정확한 우주 시계로 사용하여 은하계에서 별 형성의 역사를 추론하는 데 도움이 되는 능력을 향상시킵니다.
Nature 저널에 최근 게재된 최신 연구에서 Blouin과 그의 동료들은 지연된 백색 왜성을 수십억 년 동안 뜨겁게 유지하는 메커니즘을 식별하여 백색 왜성의 두 번째 별의 삶을 설명했습니다.
출처:ScitechDaily