천문학자들은 최근 지구에서 약 145광년 떨어진 고대 백색 왜성인 LSPM J0207+3331이 약 30억 년 동안 냉각되었음에도 불구하고 계속해서 행성 잔해를 축적하고 있다는 사실을 발견했습니다. 삼각형자리 별자리에 있는 이 별은 먼지원반을 가지고 있는 것으로 알려진 가장 오래되고 멋진 백색왜성 중 하나로 간주되며, 항성계의 진화에 대한 전통적인 이해에도 도전하고 있습니다.

이 연구는 몬트리올 대학의 박사과정 학생인 Érika Le Bourdais가 주도했습니다. 연구팀은 2019년 'Backyard Worlds: Planet 9' 프로젝트를 통해 이 별을 처음 발견했으며, 이후 하와이의 켁 망원경(Keck Telescope)을 통해 별이 방출하는 적외선 신호가 먼지 고리와 일치함을 확인했는데, 이는 강한 중력이 소행성을 찢고 별 주위에 먼지 원반을 형성하고 있음을 나타냅니다.

연구자들은 이번 발견은 백색 왜성이 수십억 년 동안 존재했더라도 행성 파편, 혜성, 심지어 행성까지도 여전히 오랫동안 궤도에 남아 교란을 받아 훨씬 나중에 별에 떨어질 수 있음을 보여준다고 말합니다.

연구팀은 스펙트럼 분석을 통해 백색 왜성 대기에서 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 규소, 칼슘, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 스트론튬을 포함한 13개의 중원소를 식별했습니다. 일반적으로 무거운 원소는 수소가 풍부한 백색 왜성에 빠르게 정착하여 탐지하기 어렵게 만듭니다. 그러나 이번에는 결과가 예상을 훨씬 뛰어 넘었습니다.

이 연구는 또한 이 파편들이 층상 진화를 겪은 암석이 풍부한 천체에서 나올 가능성이 높다고 지적했습니다. 그 구조는 금속 핵과 암석 맨틀을 가지고 있어 지구나 베스타와 유사합니다. 화학적 조성 면에서 보면 마그네슘과 규소에 철분이 약간 부족하고 탄소 원소 특성이 부족하다는 점을 제외하면 원료 물질에 뚜렷한 휘발성 탄소 성분이 포함되어 있지 않다는 점을 제외하면 토목 물질과 상당히 유사합니다.

공동 저자이자 몬트리올 대학교 교수인 패트릭 듀포(Patrick Dufour)는 백색 왜성은 인간이 외계 행성의 구성을 직접 측정할 수 있는 몇 안 되는 창 중 하나라고 말했습니다. 행성 파편이 별에 너무 가까워지면 조석력에 의해 찢겨져 별의 대기를 오염시켜 투명한 화학적 "지문"을 남깁니다.

팀은 또한 약한 Ca II H 및 K선 핵 방출을 감지하여 이러한 특징을 나타내는 것으로 알려진 두 번째로 고립된 오염된 백색 왜성을 만들었습니다. 연구에서는 이것이 별의 상층 대기에서 추가적인 물리적 과정이 일어나고 있음을 의미할 수 있으므로 모델 계산에 무거운 원소를 포함시키는 것이 특히 중요하다고 믿습니다. 그렇지 않으면 백색왜성의 구조와 매개변수를 추론하는 데 영향을 미칠 것입니다.

이전에는 이 별의 적외선 과잉이 두 개의 먼지 고리에서 비롯된 것으로 믿었지만 새로운 분석에 따르면 규산염으로 구성된 하나의 먼지 원반만이 11.6 마이크론에서 관측된 신호를 설명할 수 있으며 이는 또한 시스템 구조에 대한 설명을 더 간단하게 만듭니다.

왜 이 파편들이 그렇게 늦은 단계에 별에 떨어졌는지에 대한 연구는 아직 결정적이지 않습니다. 한 가지 가능성은 시스템의 거대한 행성이 오랜 세월에 걸쳐 작은 천체의 궤도를 점차적으로 교란시켰다는 것입니다. 또 다른 가능성은 지나가는 별들이 이 잔해의 경로를 바꾸었다는 것입니다. 연구팀은 미래에 제임스 웹 우주망원경의 도움으로 두 가지 설명을 더욱 구별하거나 유럽 우주국의 가이아 임무에서 보관된 데이터와 결합할 수 있을 것으로 믿고 있습니다.

연구진은 백색왜성의 가장 흔한 유형은 수소가 풍부한 백색왜성이며, 이들 중 가장 차가운 것은 은하수에서 가장 오래된 별인 경향이 있다고 지적했다. 그러한 별들이 과거에도 여전히 물질을 축적하고 있는지에 대한 관심이 적었기 때문에, 이번 사건은 천문학계가 검색 범위를 확장하고 더 유사한 천체를 재검토하도록 촉발시켰습니다.

이 발견은 행성계가 별이 죽은 후에도 수십억 년이 지나도 여전히 활발하고 복잡한 상태로 남아있을 수 있음을 시사합니다. 이러한 후기 강착 사건을 연구하는 것은 인간이 먼 세계의 구성을 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 미래 태양계의 운명을 이해하는 데 중요한 참고 자료를 제공할 수도 있습니다.