적색왜성

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적색왜성과 그 주변을 돌고 있는 갈색왜성의 상상도.

적색왜성(赤色矮星)은 태양의 0.075배에서 50% 정도의 질량을 지닌 주계열성을 부르는 말이다. 헤르츠스프룽-러셀 도표에 따르면 적색 왜성의 스펙트럼형은 어두운 K형으로부터 M형까지이며, 표면온도는 3800켈빈을 넘지 않는다. 우주에 있는 별들의 약 90퍼센트 정도가 적색왜성인 것으로 알려져 있다.

특징[편집]

적색왜성의 상상도. 적색왜성은 우리 은하 내 별들의 대다수를 차지한다.
밝은 적색 왜성의 상상도

적색왜성의 질량은 태양의 50%를 넘지 않는다. 따라서 항성 중심부의 온도가 낮으며,핵융합 반응(양성자-양성자 연쇄반응에 의해 이루어진다.)의 속도가 상대적으로 느리며, 매우 약한 빛을 발산한다. 적색왜성 중 어떤 별의 광도는 태양의 1만 분의 1밖에 되지 않는 경우도 있다. 가장 밝은 적색왜성조차도 태양 밝기의 10% 수준에 불과하다.

적색왜성 내부의 수소가 소진되면 중심핵은 수축한다. 이 수축에서 발생하는 중력로 치환되며, 이 열은 대류작용으로 별 전체에 전달된다.

적색왜성은 내부의 에너지를 대류작용에 의하여 표면으로 옮긴다. 대류작용은 항성의 내부가 '불투명한 상태'이기 때문에 일어난다. 이는 항성 내부가 온도에 비하여 상대적으로 밀도가 높다는 뜻이다. 그 결과 항성 표면까지 복사과정으로 광자가 움직이기 힘들어진다. 적색왜성의 대류작용은 에너지전달작용보다 활발한데, 그 이유는 적색왜성의 물리적 상태하에서는 대류작용이 보다 효율적인 과정이기 때문이다.

적색왜성은 대류작용에 전적으로 의존하기 때문에 헬륨이 중심핵 부분에 축적되지 않는다. 따라서 적색왜성은 주계열에서 떠나기 전까지, 자신이 가진 수소를 태양같은 큰 별과 비교할 때 알뜰하게 소진할 수 있다. 이로 말미암아 적색왜성은 매우 오래 산다. 질량이 크면 수백억 년, 질량이 작으면 수조 년까지도 주계열상에서 버틸 수 있다. 이는 현재 알려진 우주의 나이보다 길다.

현재 밝혀지지 않은 의문은, 금속이 없는 적색왜성이 아직 발견되지 않았다는 것이다.(금속은 수소와 헬륨보다 무거운 모든 원소를 일컫는 말이다.) 빅뱅이론에 따르면 최초로 생겨난 별들은 수소, 헬륨, 리튬으로만 구성되었다. 만약 최초의 별들 중 적색왜성이 있었다면, 이들이 우주의 나이보다 훨씬 오래 살 수 있음을 고려할 때, 금속이 없는 왜성들은 지금도 발견되어야 한다.

여기에 대한 가장 유력한 설명은 다음과 같다. 빅뱅으로 태어난 별들은 질량이 큰 항성종족III밖에 없었다. 이들의 수명은 매우 짧았고, 종족III의 죽음으로 태어난 별들이 지금의 적색왜성이라는 주장이다.

다른 설명으로 종족III에 해당하는 적색왜성은 존재하나, 그 수가 적고 어둡기 때문에 아직 인류가 발견하지 못했다는 해석도 있다. 그러나 이 주장은 항성진화 이론과 충돌하기 때문에 인정되지 않고 있다.

적색왜성은 은하에 존재하는 항성들 중 가장 흔한 종류로, 항성들 중 대략 90% 정도의 비중을 차지한다. 지구에서 태양 다음으로 가까운 항성인 센타우루스자리 프록시마도 적색왜성이다. 그러나 적색왜성은 지상에서 맨눈으로 볼 수 없을 정도로 어둡기 때문에 개체수가 적은 것으로 착각하기 쉽다. 이와 반대로 밝고 큰 별들은 숫자는 적지만 체감적으로 개체수가 많은 것처럼 오인하게 된다.

외계행성의 존재[편집]

2005년 글리제 581 주변을 공전하는 외계행성이 발견되었다. 이 행성의 질량은 지구의 17배 정도로, 해왕성과 거의 비슷하다. 모항성과의 거리는 600만km(0.04AU) 정도로, 글리제 581이 차가운 별임을 고려해도 표면온도는 150°C에 이를 것으로 추정된다. 2006년에는 적색왜성 OGLE-2005-BLG-390L 주변을 공전하는 외계행성이 발견되었다. 이 행성의 질량은 지구의 5.5배 정도로, 모항성에서 3억 9천만km 떨어져서 공전하고 있었다. 행성의 표면온도는 -220 °C로 예상된다.

2007년 글리제 581 주변에서 생명체가 존재할 가능성이 높다고 추측되는, 외계행성 글리제 581c가 발견되었다. 이 행성의 질량은 지구의 5.03배로, 핵융합성 주위를 도는 행성 중 가장 작은 질량이었다. (중성자별 PSR B1257+12 주위를 도는 행성 중에는 지구 질량보다 작은 행성도 있다.) 행성의 반경은 만약 이 행성이 규산염질로 이루어져 있다고 가정할 경우 지구의 1.5배 정도이다. 얼음이나 기체로 이루어졌을 경우 그 반경은 더 클 것으로 생각된다. 글리제 581c는 지금까지 발견된 행성들 중 외계생명체가 존재할 가능성이 가장 높은 천체이다.

인류 거주 가능성[편집]

적색왜성 주변을 도는 행성이 있고 이 행성이 액체 물이 존재할 온도를 제공할 수 있는 공전궤도에 있다고 가정하더라도, 이 행성에서 인간이 살 수 있는지의 여부는 논란이 있다. 모항성이 무한에 가까운 수명을 지니고 있지만 여러 가지 요인이 인류가 살 수 있는 가능성을 방해한다.

첫째, 적색왜성은 매우 어둡기 때문에, 인류가 살 수 있을 정도의 온도를 확보하기 위해서는 가상행성은 모항성에 매우 가까이 붙어서 돌아야 한다. 그러나 가까운 거리로 말미암아 조석 고정(tidal locking) 현상이 발생하여 기조력 때문에 행성의 한 면만이 항성을 바라보게 된다. 이는 모항성을 바라보는 면은 영원한 낮이, 반대쪽은 영원한 밤이 계속된다는 뜻이다. 이런 환경에서는 생명체가 안정적으로 진화하기가 힘들어진다. 최근 이론에 따르면 이런 환경 하에서도 행성의 대기가 충분히 두꺼울 경우 한 쪽의 열을 반대쪽으로 이동시켜서 행성 전체의 온도가 고르게 유지될 수 있다고 한다.

둘째, 태양이 발하는 가시광선 영역을 포함하는 것과는 달리, 적색왜성이 발산하는 빛은 대부분 적외선 영역에 몰려 있다. 이는 식물광합성 작용에 부적합하다.

셋째, 가장 큰 문제점으로, 항성에서 나오는 빛의 양이 불규칙하다는 것이다. 적색왜성의 표면은 많은 흑점이 존재할 것으로 예상되는데 심할 경우 발산하는 빛의 40%가 감소하기도 한다. 또는 플레어 별(섬광성)이라고 부르는 적색왜성들의 경우 막대한 규모의 플레어를 수분 동안 발산하는데, 이때 행성이 받는 에너지는 두 배로 증가하며 에너지의 증가로 말미암아 생명체의 생체기관은 손상을 입게 된다.

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아래 목록은 지구에서 10광년 이내에 위치한 적색 왜성(M형 주계열성)이다.

이름 아르겔란더 명명법 분광형 질량(태양=1) 거리(광년) 비고
프록시마 센타우리 센타우루스자리 V645 M5.5 Ve 0.123 4.22 태양과 가장 가까운 항성
바너드 별 뱀주인자리 V2500 M4 V 0.15 5.98
울프 359 사자자리 CN M6.5 Ve 0.09 7.7
랄랑드 21185 - M2 V 0.41 8.29
루이텐 726-8 고래자리 UV M5.5-6 V 0.11 8.7 쌍성
로스 154 궁수자리 V1216 M3.5 V 0.17 9.68

같이 보기[편집]

바깥 고리[편집]