천문학자들, 우주에서 최초로 녹색 별 확인

"사람들은 모두 다른 별을 가지고 있습니다. 여행하는 사람들에게 별은 길잡이가 되고, 다른 사람들에게는 그저 작은 빛일 뿐입니다." 이 문장은 《작은 왕자》에서 인용된 것으로, 인간은 밤하늘에 다양한 의미를 부여한다는 것을 상기시킵니다. 하지만 천문학에서는 천체의 빛이 따르는 물리 법칙은 명확하게 정의되어 있으며, 그 중 하나가 빈의 법칙으로, 별의 온도와 나타나는 색상 사이의 근본적인 연관성을 설명합니다.

최근 발견된 WD J1330+6435는 지구에서 약 280광년 떨어진 드라코 성좌에 위치한 백색왜성으로, 초록색을 띠고 있어 과학계를 놀라게 했습니다. 이는 우주에서 이러한 색을 가진 별이 처음 기록된 것입니다.

백색 왜성은 저중량에서 중량급 별의 핵으로, 핵연료를 소진하고 외층을 방출한 후 남은 밀집된 잔해입니다. 태양 질량의 약 반을 지구 크기의 부피에 집중시키지만, WD J1330+6435의 경우 표면층의 화학적 성분이 최종 결과를 바꾸었습니다.

행성적인 만찬이 빛을 바꾸다

색상 변화는 백색왜성의 극단적인 중력이 주변을 도는 오래된 행성의 암석 잔해들을 끌어당겨 파괴했기 때문에 일어났습니다. 이 물질의 흡수 과정은 별의 대기 중에 칼슘, 리튬, 특히 나트륨과 같은 원소를 풍부하게 만들었습니다.

일반적인 조건에서 나트륨 원자는 특정 오렌지색 빛을 흡수하는데, 이는 일부 공공 조명 램프에서 보이는 색상입니다. 그러나 WD J1330+6435의 환경은 이러한 행동을 변화시켰습니다.

이 특별한 왜소백성은 원자 밀도가 매우 높아 나트륨 원자가 주변의 헬륨 원자에 지속적으로 포격받고 있어, 나트륨의 원자 에너지 수준이 변한다고 천문학자 마크 홀랜드(Mark Hollands)가 설명했습니다. 그는 영국 워릭 대학교의 천체물리학자이자 이 연구의 주 저자입니다.RAS 기술 및 도구 저널에 게재된 연구 .

별은 지구 질량의 약 165,000배에 달하는 질량을 작은 부피에 집중시키고 있어, 나트륨의 존재가 주황색 빛뿐만 아니라 노란색과 빨간색의 일부 스펙트럼도 차단하게 되었습니다.

최종 결과는 나트륨 원자가 더 이상 매우 좁은 주파수의 오렌지 빛을 흡수하지 않는다는 것입니다. 그들은 노랑, 주황, 그리고 일부 붉은 파장의 빛을 흡수합니다. 그리고 남은 것은 아름다운 녹색 노란 빛을 발하는 별입니다", 홀랜더스가 강조했습니다.

천문학자 보리스 간니케(Boris Gänsicke), 연구의 공동 저자는 이 현상을 여러 색을 혼합한 팔레트에 비유한다. 별이 내뿜은 원래 혼합물에서 특정 색을 제거하면, 남은 빛은 녹색으로 보일 수 있다.

백색왜성의 정확하게 색상화된 시뮬레이션 이미지. 왼쪽 상단 이미지: 시리우스 B는 태양계 근처의 가장 가까운 백색왜성이다. 뜨거운 수소 대기로 인해 희미한 파란색을 띈다. 반면, WD J1147–7449는 주변의 가장 추운 백색왜성 중 하나로, 특징 없는 스펙트럼과 주황색 모습을 보인다. 오른쪽 상단 이미지: 이러한 추운 백색왜성의 대류층에서 탄소는 핵에서 헬륨이 지배하는 두꺼운 대기로 끌려 올라간다. 이는 이산화탄소 분자를 형성하여 다양한 분홍색을 만들어낸다. 하단 이미지: 행성계의 잔해들이 백색왜성 주위를 끌려오면서, 헬륨으로 이루어진 차가운 대기에 석회, 마그네슘, 나트륨과 같은 원소를 풍부하게 공급한다. 백색왜성의 온도와 흡수된 물질의 양과 구성의 변화는 녹색 포함 다양한 색상을 만들어낸다. 사실, 모든 별은 화면에 표시되는 것보다 수백만 배 더 밝다. 출처: 마크 A. 갈릭(Mark A. Garlick)/워릭 대학교.

빈의 법칙은 무엇이며, 왜 "녹색 별"을 생성하지 않는가?

이 발견의 희귀성은 19세기 말에 독일 물리학자 빌헬름 빈(Wilhelm Wien)이 수립한 빈의 법칙을 통해 이해할 수 있다. 이 법칙은 온도가 높은 물체는 낮은 에너지의 빛을 주로 방출하고, 온도가 낮은 물체는 높은 에너지의 빛을 방출한다고 명시한다.

• 더 차가운 별: 주로 저에너지 빛을 방출하며, 붉은색이나 주황색을 띈다.

• 극도로 뜨거운 별: 고에너지 빛을 방출하며, 푸른색을 띈다.

• 중간 온도의 별: 태양과 같이, 빛의 최대 방출 범위는 녹색에 해당한다.

왜 태양은 우리에게 녹색으로 보이지 않는가?

비엔나 법에 따르면 태양이 방출하는 에너지의 대부분이 녹색 스펙트럼에 있지만, 동시에 큰 양의 파란색과 빨간색 빛도 방출합니다. 모든 이 색이 인간의 눈에 동시에 도달하면, 이 혼합물은 우리의 시각 수용체를 균형 있게 자극하여 우리가 태양광을 흰색(또는 대기의 영향으로 노란색)으로 보게 만듭니다.

이러한 엄밀히 물리적인 이유로, 일반적인 녹색 별은 하늘에 존재하지 않습니다. WD J1330+6435는 자연적인 열적 빛나는 것만 의존하지 않아서 이러한 독특한 색조를 나타낼 수 있었습니다: 그 대기는 화학 필터 역할을 하여 파란색, 빨간색, 노란색 음색을 제거하고 녹색 빛만 통과시켰습니다.