지구에서 약 1,350광년 떨어진 곳에 TOI‑2155라는 별이 있습니다. 별은 태양보다 약간 크고 무겁고 뜨겁기 때문에 그 자체로는 특별히 특이한 것은 아닙니다. 실제로 눈에 띄는 것은 그 궤도를 도는 더 작은 물체인 TOI-2155b입니다. 그 존재는 모항성 앞을 지나갈 때 별 빛의 미묘한 변화를 관찰해야만 그 존재를 추론할 수 있습니다.

TOI‑2155b란 정확히 무엇입니까? 그것은 "작은 별"인가, 거대한 행성인가, 아니면 그 사이에 있는 특별한 것인가? The Astronomical Journal에 발표된 최근 논문에 설명된 바와 같이, 연구원들은 TOI-2155b가 별이라고 불릴 만큼 좋은지 아직 확신하지 못하지만, 분명한 것은 그것이 매우 매혹적인 경계선에 있는 것으로 보인다는 것입니다. 즉, 수소 핵융합을 점화하고 유지하며 우주에서 빛날 수 있는 "진짜 별"과 지속적인 수소 핵융합을 점화하지 못하고 "실패한 별"이라고 불리는 갈색 왜성 사이에 있다는 것입니다.

스타가 어떻게 "실패"하는지

별은 우주의 거대한 가스 구름에서 유래합니다. 그렇다면 마침내 별이 되려면 가스 구름이 얼마나 크고 무거워야 할까요? 간단한 질문처럼 들리지만 수십 년 동안 천문학계에서 논쟁을 불러일으켰습니다.

별 내부에서는 수소 원자가 헬륨 원자로 연속적으로 융합할 수 있을 만큼 중력에 의한 압력이 커야 별의 가장 큰 특징이기도 한 강한 열과 빛을 지속적으로 생성할 수 있기 때문입니다. 천체의 질량이 충분히 크지 않거나 내부 압력이 이러한 유형의 핵융합을 오랫동안 유지할 만큼 충분하지 않거나 다른 이유로 수소 핵융합이 실제로 "시작"될 수 없는 경우, 이 가스 덩어리는 "실패한 별", 즉 갈색왜성이 됩니다. 이러한 물체는 초기에는 상대적으로 뜨거울 것이지만 지속적인 수소 융합이 부족하기 때문에 방사선은 점차 약해지고 표면 온도는 서서히 떨어지며 희미한 적외선 방사선만 남게 됩니다.

어떤 가스 구름이 실제 별이 되고 어떤 가스 구름이 갈색 왜성 단계에 머무를 것인지 알아내기 위해 천체 물리학자들은 가장 무거운 갈색 왜성과 가장 가벼운 별인 "전이 영역"의 샘플을 찾아야 합니다. TOI‑2155b는 질량이 목성의 약 80.6배에 달하는 이론적으로 임계 경계에 가까운 주요 사례입니다.

품질 경계는 "삐걱삐걱 깨끗"하지 않습니다.

과학 연구팀은 NASA의 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)의 관측 데이터와 전 세계 여러 지상 망원경의 관측 데이터를 결합하여 TOI-2155b의 부피와 질량을 정확하게 측정했습니다. 그 결과 이 ​​물체는 목성과 거의 같은 크기지만 질량은 약 80배 더 큰 것으로 나타났습니다.

직관적으로 매우 명확한 "질량 임계값"이 있기를 바랄 수도 있습니다. 이 값을 초과하면 천체는 행성이나 갈색 왜성에서 별로 "변형"됩니다. 그러나 자연의 많은 경계와 마찬가지로 현실에도 명확한 구분선이 없습니다. 전통적인 이론에서는 행성, 갈색 왜성, 별 사이의 질량 경계를 목성 질량의 약 75~80배로 설정했습니다. 그러나 최신 이론적 모델은 이러한 변화가 단일 요소로서의 품질에 의해 결정될 뿐만 아니라 다른 많은 매개변수의 영향을 받는다는 것을 보여줍니다.

연구에 따르면 천체의 나이, 화학적 조성, 심지어 대기의 특성까지도 수소 핵융합을 시작하고 유지할 수 있는지 여부에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이것이 바로 갈색 왜성과 별 사이의 질량 경계를 정확히 어디에 그려야 하는지에 대해 천문학자들이 여전히 의견을 달리하는 이유입니다. 이러한 배경에서 이론과 관찰 사이의 "미묘한 차이"를 테스트할 수 있는 귀중한 기회를 제공하는 중요한 영역에 있는 TOI-2155b는 특히 중요합니다.

매우 드문 "과도기 개체"

현재 관측에 따르면 TOI‑2155b는 지금까지 발견된 갈색왜성 중 가장 질량이 큰 갈색왜성 중 하나일 수도 있고 질량이 가장 작은 갈색왜성 중 하나일 수도 있습니다. 이 좁은 질량 전이 영역 내에서 알려진 물체의 수는 매우 제한되어 있으므로 TOI-2155b는 갈색 왜성과 별 사이의 경계를 연구하는 데 매우 귀중한 물체입니다. 천문학의 발전에서 가장 희귀하고 특별한 천체에 대한 심층적인 연구를 통해 많은 주요 발전이 이루어졌으며 TOI-2155b는 그러한 "샘플" 중 하나가 될 것으로 예상됩니다.

물론 어떤 단일 물체도 갈색 왜성과 별 사이의 경계에 대한 최종 답을 줄 수는 없습니다. 앞으로 전이대에 비슷한 질량을 가진 천체가 더 많이 발견되고 이에 대한 고정밀 측정과 장기 추적 관찰이 이루어진 후에야 과학자들은 기존 이론 모델을 더욱 최적화할 수 있습니다. 그때쯤이면 우리는 별이 점화되어 수십억 년 동안 계속 타오르는 조건을 더 명확하게 설명할 수 있을 것이며 이러한 "별 엔진"이 어떻게 우주를 오늘날의 모습으로 형성했는지 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.