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[요약] 독일과 미국 연구팀이 태양계 밖에 있는 별들 가운데 태양과 유사한 별들의 자전 패턴 특징을 알아냈다. 적도 부근 대기층의 자전 속도가 빠르고 고위도일수록 느린 특징을 갖는 별들이다.(2018.10)

별들은 고체 형태의 구처럼 자전하지 않는다. 위도에 따라서 다른 속도로 회전을 한다. 미국 뉴욕대와 독일 막스플랑크 태양계연구소 연구팀은 태양과 유사한 항성들의 자전 패턴을 측정하는 데 성공하고 '사이언스' 9월 21일자에 발표했다.

우주에 있는 별에 대해 우리가 아는 것은 밝기나 색깔 외에는 많지 않다. 특히 별이 자전하는 현상에 대해서도 많이 밝혀진 게 없다. 태양의 경우 대기의 최외각층에서 특징적인 자전 패턴이 나타난다. 위도에 따라 자전 속도가 다른 것이다. 적도 지역은 한 바퀴를 도는 데 약 25일이 걸리는 반면 고위도 지역은 더 느리게 회전한다. 극지방에 가까이 가면 자전 속도는 31일까지 느려진다.

 

‘태양형’ 별의 특징, 저위도에서는 빠르고 고위도에서는 느린 자전 속도
로런트 기즌 교수팀은 질량을 기준으로 태양과 유사한 별 40개를 대상으로 회전 양상을 분석했다. 이들 가운데 13개의 별은 태양처럼 적도 지역의 자전 속도가 고위도 지역보다 빠른 자전 패턴을 가지고 있는 것으로 나타났다. 하지만 자전 속도 차이가 태양에 비해 훨씬 컸다. 적도 부근이 중위도 지역보다 최대 2배까지 빠르게 회전했는데, 이는 이론적으로 예상한 것보다 큰 차이다.



일반적으로 별의 회전은 별 표면에서 위도별로 있는 비교적 어두운 부분을 추적해 측광학적으로 분석해서 결정한다. 하지만 이 방식은 측정한 부분의 위도를 명확히 알 수 없기 때문에 한계가 있다. 기즌 교수는 “미국항공우주국(NASA)의 케플러우주망원경의 관측 자료를 이용해서 항성지진학적으로 별의 내부를 관측할 수 있으며 위도와 깊이별로 자전 특성을 파악할 수 있게 됐다”고 말했다.

태양계 밖의 별들은 너무 멀어서 이미지로 구현하기가 어렵다. 하지만 과학자들은 항성 진동(stellar oscillations)이라는 현상을 이용해서 간접적으로 별의 내부에 대한 공간적인 정보를 알아내고 있다. 별에서는 최외각층의 대류운동에 의해 주기적인 변동이 생긴다. 각 지역에서 일어나는 이런 주기적인 변동을 이용해 해당 지역이 어디쯤인지를 파악할 수 있다. 따라서 이런 변동 주기를 이용하면 각기 다른 지역에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이 연구에서 연구진은 위도별로 일어나는 변동을 이용해서 별의 자전을 측정했다. 기즌 교수는 "자전 방향으로 진행하는 변동 패턴이 반대 방향으로 진행하는 변동 패턴에 비해 빠르다"며 "따라서 이들의 진동수에 약간의 차이가 생긴다"고 말했다.

 

별의 자기장 형성 원리 밝힐 실마리
그는 "정확한 측정 결과 태양과 유사한 회전을 하는 별을 찾아낼 수 있었다"고 말했다. 이번 연구에서 가장 놀라운 점은 몇몇 별에서 위도별 회전 속도 차이가 태양에서보다 훨씬 컸다는 점이다. 이는 수리모형에서는 예측하지 못했던 큰 차이다.

이번 연구는 항성지진학적인 분석이 별의 내부 움직임을 이해하는 데 도움을 줄 수 있음을 보여줬다는 측면에서 중요한 결과다. 기즌 교수는 “별의 위도별 자전 속도 차이에 대한 정보는 별의 자기적인(magnetic) 활성이 형성되는 과정을 이해하는 데 핵심적인 요소”라고 설명했다. 학자들은 별의 내부 회전과 활성 정보를 이용하면 별의 자기장이 어떻게 활성화되는지를 이해할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 유럽우주국(ESA)에서는 2026년에 태양과 유사한 별들을 정밀한 항성지진학적인 방법으로 분석하는 플라토 임무를 시작할 예정이다.

 

- 한국과학기자협회 : https://post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=16824522&memberNo=36405506
- https://www.mpg.de/12294418/a-new-twist-on-stellar-rotation?c=2249