적색왜성

작은 적색왜성은 어떻게 수조 년 동안 빛날까?

적색왜성은 태양보다 작고 차가운 K형 또는 M형 주계열성이다. 질량이 작아 중심의 수소를 매우 느리게 쓰며, 특히 가장 가벼운 별은 내부 물질이 넓게 섞여 연료를 효율적으로 이용한다. 그래서 일부 저질량 적색왜성의 수명은 수조 년 규모로 예측된다. 다만 우주의 나이는 약 138억 년이므로, 그런 별이 실제로 생애를 끝내는 모습은 아직 어느 망원경도 보지 못했다.

• 정체 중심에서 수소를 헬륨으로 바꾸는 작은 주계열성
• 수명 질량이 작을수록 연료를 천천히 써 태양보다 훨씬 오래 빛난다.
• 수 우리 은하 별의 큰 비율을 차지하는 가장 흔한 별 무리다.
• 주의점 작고 어둡다는 말이 자기 활동까지 약하다는 뜻은 아니다.

작은 질량은 왜 긴 수명으로 이어질까?

별은 질량이 클수록 중심의 온도와 압력이 높아지고 핵융합 속도도 빨라진다. 적색왜성은 그 반대편에 있다. 밝기는 낮지만 연료 소비가 느리다. 아주 낮은 질량의 M형 별에서는 대류가 별 내부의 넓은 영역을 섞어 중심 바깥의 수소도 핵융합에 참여하게 한다. 그러나 모든 적색왜성이 완전히 대류하는 것은 아니다. 최근 연구에서는 태양 질량의 약 0.35배 부근을 부분 대류와 완전 대류 구조가 바뀌는 기준으로 다루며, 정확한 경계는 별의 성질과 모형에 따라 달라질 수 있다.

적색왜성의 긴 생애는 연료가 많아서가 아니라, 적은 연료를 천천히 그리고 효율적으로 쓰기 때문에 가능하다.

어두운 별인데 왜 플레어는 강할까?

별 전체의 밝기와 자기 폭발의 세기는 같은 척도가 아니다. 적색왜성, 특히 젊고 빠르게 회전하는 M형 별은 강한 자기장을 만들고 큰 플레어를 일으킬 수 있다. 짧은 시간 동안 자외선과 엑스선이 급증하고 물질이 방출되기도 한다. 적색왜성의 생명가능지대는 별 가까이에 있으므로 그 안의 행성은 이런 우주 날씨를 자주 맞을 수 있다. 그렇다고 곧바로 생명이 불가능하다고 결론 내릴 수는 없다. 행성의 자기장, 대기 두께, 플레어 빈도와 나이가 모두 결과를 바꾼다.

적색왜성의 행성은 살기 좋은 곳일까?

생명가능지대는 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 거리 범위를 뜻할 뿐, 생명이 있다는 보증서가 아니다. 가까운 궤도에서는 한쪽 면이 별을 계속 바라보는 조석 고정이 일어날 가능성도 있다. 대기 순환이 열을 나눌 수 있는지, 강한 복사가 대기를 깎아 내리는지, 물이 오래 남는지는 별과 행성을 함께 관측해야 알 수 있다. 적색왜성이 흔하고 오래 사는 까닭에 탐색 대상은 풍부하지만, ‘가장 살기 좋은 별’이라고 순위를 매길 근거는 아직 없다.

아주 먼 미래에는 어떤 모습이 될까?

1. 지금 중심의 수소를 천천히 융합하며 주계열성으로 빛난다.
2. 수조 년 뒤 아주 가벼운 별은 연료가 줄며 더 뜨겁고 밝은 이론적 청색왜성 단계로 이동할 수 있다.
3. 그 이후 거대한 적색거성 단계를 거치지 않고 헬륨이 풍부한 백색왜성으로 남는 모형이 있다.

이 순서는 컴퓨터로 계산한 항성 진화 모형의 결과다. 현재 우주는 이 과정의 첫 단계밖에 보여 줄 만큼 늙지 않았다. 따라서 적색왜성의 현재 성질은 관측 사실이지만, 청색왜성으로 향하는 마지막 생애는 물리 법칙에 근거한 예측으로 구분해야 한다.

출처

• NASA Science, Types of Stars
• NASA Hubble, Superflares from Young Dwarf Stars
• Annual Review, The Structure and Activity of M Dwarfs
• Adams, Bodenheimer & Laughlin, M Dwarfs: Planet Formation and Long Term Evolution