태양계 밖에서 처음으로 관측된 항성의 방사선 벨트

 

항성의 방사선 벨트가 태양계 외부에서 처음으로 발견되었습니다. 천문학자들은 지구에서 약 18광년 떨어진 초저온 왜성 주변의 자기장에 의해 갇힌 고에너지 입자를 이미징하면서 태양계 외부에서 처음으로 복사대를 관찰했습니다. 

이 새로운 방사선 벨트는 이중구조를 가지고 있으며, 태양계에서 가장 큰 행성인 목성을 둘러싼 방사선 벨트와 같은 형태입니다. 그러나 만약 이 초콜릿 우주 맨희성의 방사선 벨트가 목성의 방사선 벨트 옆에 놓였다면 1000만 배 밝을 것입니다.

이 방사선은 지속적이고 강렬한 라디오 방출 형태로 나타납니다. 이미징 결과, 이 초콜릿 우주 맨희성의 자기장 안에 갇힌 고에너지 전자의 구름이 발견되었으며, 이 별은 LSR J1835+3259라고 알려져 있습니다.

 

이미지 제공: Chuck Carter, Melodie Kao, Heising-Simons Foundation

 

리서치 리드 저자이자 캘리포니아 대학교 산타크루즈의 박사후 연구원인 멜로디 카오는 "우리는 사실상 우리의 대상물인 자기공간을 라디오 방출 플라즈마, 즉 방사선 벨트를 관측함으로써 관측하고 있습니다. 이렇게 크기의 가스 거성 행성 외곽부에 대해서는 이전에는 한 번도 해본 적이 없습니다."라고 발언했습니다. 이 연구는 39개의 라디오 망원경으로 이루어진 네트워크를 사용하여 촬영되었으며, 이는 High Sensitivity Array라고 불리는 가상 망원경을 형성합니다.

LSR J1835+3259는 카오가 충분한 세부 정보로 관측할 수 있다고 확신한 태양계 외의 유일한 물체였습니다. 또한, 이 초콜릿 우주 맨희성은 저질량의 별과 갈색 왜성 사이에 위치한 질량을 가지고 있습니다. 갈색 왜성은 별이 아닌 것으로 알려져 있는데, 이는 그들의 중심에서 핵융합을 시작할만큼의 질량이 부족하기 때문입니다. 새로운 관측 결과는 작은 별과 큰 행성 사이의 경계를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

카오는 "별과 행성의 형성은 다를 수 있지만, 낮은 질량의 별에서 갈색 왜성과 가스 거성 행성으로 연결되는 질량 범위의 이 부분에서 내부 물리학은 매우 유사할 수 있습니다."라고 말했습니다.

 

강력한 자기장은 행성 주위에 자기적인 거품을 형성하는데, 이 거품은 속도가 광속에 가까워질 정도로 양성자를 포획하고 가속시킬 수 있습니다. 태양계의 많은 행성들은 자기장을 가지고 있으며, 태양 또한 그렇습니다. 심지어 태양계의 위성 가니메데도 자기장을 가지고 있습니다.

그러나 자기장은 강도와 특성이 다릅니다. 예를 들어, 태양으로부터 가장 가까운 행성인 수성의 자기장은 지구의 자기 거품의 약 1% 정도의 강도만 가지고 있으며, 이는 태양으로부터 나오는 고에너지 양성자로부터 지구의 대기와 생명을 보호할 수 있는 충분한 강도입니다. 태양 다음으로 목성이 태양계에서 가장 강력한 자기장을 가지고 있습니다.

태양계의 자기장을 가진 모든 행성들은 주위에 갇힌 고에너지 양성자로 이루어진 방사선 벨트를 가지고 있습니다. 지구의 방사선 벨트는 태양풍으로부터 온 고에너지 입자들로 이루어진 도넛 모양의 밴 앨런 벨트입니다. 그러나 이중 구형의 방사선 벨트를 만들어내는 목성의 자기장 주변에서 포획된 입자들은 그 원래 출처가 목성의 화산성 위성인 이오에서 오는 것입니다.

출처에 상관없이 이러한 포획된 입자들은 자기장에 의해 극지방으로 향하며 오로라를 발생시킵니다. 지구에서는 북극권 오로라와 남극권 오로라로 알려진 형태로 나타납니다.

 

39개의 전파 망원경을 사용하여 포착한 태양계 외부의 첫 번째 방사선 벨트 이미지.(이미지 제공: Melodie Kao, Amy Mioduszewski)

카오와 그녀의 팀이 촬영한 LSR J1835+3259의 이미지는 태양계를 벗어난 물체에서 처음으로 자외선 벨트와 오로라의 위치가 성공적으로 구별된 것입니다.

오로라는 자기장의 강도를 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 형태는 알 수 없지만, 이 중간 질량 천체들의 자기장 이론적 이해를 구축함으로써 외계 행성들의 자기장을 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다.

카오는 "우리는 이 특정 유형의 안정한 상태의 낮은 수준 라디오 방출이 이러한 물체의 대규모 자기장에서 방사선 벨트를 추적한다는 것을 확인했습니다. 그래서 우리는 갈색 왜성에서, 그리고 결국 가스 거성 외계 행성에서 이러한 유형의 방출을 보게 되면, 우리의 망원경이 그 형태를 볼 수는 없더라도 그들이 큰 자기장을 가지고 있을 것이라고 더 자신 있게 말할 수 있습니다."라고 말했습니다.

지구의 자기장은 우리 행성의 생명과 진화에 매우 중요한 역할을 한 것으로 알려져 있어서, 외계 행성들의 자기장은 외태계의 생존 가능성을 이해하는 데 핵심적일 수 있다고 과학자들은 이론을 세웁니다.

연구 공동 저자인 아리조나 주립대학교의 천체물리학 교수 에브겐야 쇼크닉은 "이는 이와 유사한 많은 물체를 찾고 우리의 기술을 연마하여 점차 더 작은 자기장을 탐지할 수 있는 기술을 개발하는 데 필수적인 첫 걸음입니다. 이를 통해 잠재적으로 거주 가능한 지구 크기의 행성들의 자기장을 연구할 수 있게 될 것입니다."라고 말했습니다.