항성계
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항성계(star system, stellar system,恒星系)는 서로의 중력에 묶여서 질량중심을 기준으로 공전을 하는 항성들을 일컫는 말이다. 다수의 항성들이 중력에 묶여 있는 상태는 보통 구상성단 또는 은하계라고 부르며, 넓게 보면 이들까지 항성계에 포함시킬 수 있다. 단독성 주위를 공전하는 행성계를 포함하여 일컫기도 한다.
동역학적 관점
동역학적 관점으로 볼 때 별이 세 개 이상 모여서 이루어지는 계(系)는 쌍성계보다 불안정하다. 그 원인으로 다체문제를 들 수 있다. 불안정한 궤도를 도는 항성들은 어떤 원인으로 서로 가까워질 경우 공전속도가 증가하며, 그로 인해 한 항성이 항성계에서 이탈하는 일이 발생하게 된다. 따라서 안정되게 세 개 이상의 별이 존속하려면 항성계는 '계층화'되어 있어야 한다. 계층화란 위성-행성-태양의 관계처럼, 2개 이상의 항성들이 서로의 질량중심을 돌면서 작은 항성계를 만들고, 이 작은 항성계는 다시 더 큰 항성계 내에서 주성과 함께 질량중심을 도는 것이다.
구상성단 및 은하 내 항성들은 훨씬 더 복잡한 동역학적 원리로 움직인다.
쌍성계
이 부분의 본문은 쌍성입니다.2개의 항성으로 구성된 항성계를 쌍성계(binary star system,雙星系)라고 한다. 기조력이나 다른 천체로부터의 중력간섭, 항성간 질량 교환이 없을 경우 쌍성계는 안정되게 존속하며, 두 별은 질량중심을 기준으로 타원형의 궤도를 따라 공전한다. (이체문제 참조)
쌍성계의 예로 시리우스, 프로키온, 백조자리 X-1 등이 있다. 이 중 백조자리 X-1은 둘 중 하나가 블랙 홀로 추측된다.
다중성계
이 부분의 본문은 다중성입니다.다중성계(多重星系,multiple star system)는 3개 이상의 항성으로 구성된 항성계를 말한다. 항성의 갯수에 따라 삼중성계, 사중성계, 오중성계, 육중성계, 칠중성계 등으로 일컫는다.
현재 관측 결과는 삼중성계가 다중성계 중 대부분을 차지한다. 계의 구성원 숫자가 늘수록 그 계의 사례는 급격히 줄어든다. 그러나, 이 관측 기록은 관측 대상이 한 쪽으로 치우친 결과이기 때문에, 실제 다중성계의 구성 비율이 어떤지는 정확하지 않다.
앞에서 언급한 동역학적 불안정성 때문에, 발견되는 다중성계는 보통 계층구조를 이루고 있다. 삼중성계가 가장 흔한데, 이들의 일반적인 구조는 질량이 큰 주성 주위를 반성계(伴星系) - 질량이 작은 별 두 개가 서로를 돌고 있는 것 - 가 다시 돌고 있는 형태이다. 사중성계 이상의 경우도 계층구조를 이루고 있다. 예를 들면, 육중성계인 카스토르의 경우 분광쌍성인 주성 주위를 다시 분광쌍성 2개가 돌고 있다. 육중성계의 또 다른 예로 ADS 9731을 들 수 있는데, 여기는 삼중성계 두 개로 구성되어 있는데, 각각의 삼중성계는 주성 주위를 도는 분광쌍성으로 이루어져 있다.
대표적인 예
쌍성계
삼중성계
- 폴라리스. 삼중성으로, 멀리 떨어진 반성과 매우 가까이 붙어 돌고 있는 분광쌍성이 있다. 이 중 가까운 반성은 2006년 허블 우주 망원경이 영상을 분석하여 존재를 알아냈다.
- 센타우루스자리 알파. A와 B로 이루어진 쌍성계를, 적색왜성 프록시마가 멀리서 돌고 있는 형태이다. A와 B는 근접거리 11천문단위, 가장 멀리 떨어질 때 36천문단위의 거리를 보이면서 질량중심을 공전한다. 프록시마는 15,000천문단위 떨어져 있다. 이는 항성과 항성 사이의 거리와 비교할 때는 매우 가깝지만, 중력으로 묶여 있다고 보기에는 먼 거리이기도 하다. 따라서 프록시마와 A,B가 하나의 항성계인지에 대해서는 현재 논란이 있다.
- HD 188753은 백조자리에 있는 별로 지구에서 149광년 떨어져 있는 삼중성계이다. 이 계는 HD 188753A(황색 주계열성), HD 188753B(오렌지색 주계열성), HD 188753C(적색 왜성) 세 개로 구성되어 있다. B와 C는 서로를 156일에 한 번 공전하며, 이 둘은 한 덩어리가 되어 주성 A 주위를 25.7년에 한 번 공전한다.
사중성계
오중성계
육중성계
- 카스토르. 분광쌍성 3개로 이루어진 항성계이다.
- 미자르. 미자르는 분광쌍성 2개가 서로를 돌고 있는 형태이다. 원래 미자르가 쌍성이라는 사실을 1650년 지오반니 바티스타 리치올리가 최초로 밝혀낸 것으로 알려졌으나, 그보다 베네테토 카스텔리와 갈릴레오 갈릴레이가 먼저 이 사실을 발견했을 가능성이 크다. 이후 A와 B성을 분광학적 방법을 이용하여 관측한 결과, 각각 두 개의 쌍성으로 이루어져서 전체는 4개의 항성으로 이루어진 사중성계임을 알게 되었다. 그런데 2009년 연구결과로 안시쌍성인줄 알았던 알코르가 미자르의 중력에 잡혀있다는 것을 알게되었고 알코르 또한 쌍성계임이 밝혀져 전체가 미자르 Aa,Ab,Ba,Bb, 알코르 A,B로 총 육중성계임을 알게 되었다.