태양은 적도에서 가장 빠르게 자전하는 반면, 위도가 높을수록 자전 속도가 느려지고 극지방에서 가장 느리게 자전합니다. 오늘은 태양에 대한 이야기를 나눠보려고 합니다.
가장 빠르게 자전하거나 느리거나
헤라클레스자리에서 약 115광년 떨어진 곳에 있는 태양과 비슷한 별인 헤라클레스자리 889 헤라쿨리스는 위도 약 40도에서 가장 빠르게 자전하는 반면 적도와 극지방은 더 느리게 자전합니다. 이 발견은 천문학 및 천체물리학에 발표되었습니다.
다른 어떤 별에서도 이와 유사한 회전 프로파일이 관찰된 적이 없습니다. 항성의 자전은 잘 알려진 기본 물리적 파라미터로 여겨져 왔지만 컴퓨터 시뮬레이션에서도 이러한 회전 프로파일을 예측할 수 없었기 때문에 이 결과는 놀랍습니다.
“우리는 헬싱키 대학에서 수년간 연구해온 친숙한 별의 데이터에 새로 개발된 통계 기법을 적용했습니다. 항성 자전에서 이러한 이상 현상이 나타날 것이라고는 예상하지 못했습니다. V889 헤르쿨리스 자리의 회전 프로필에 나타난 이상 현상은 항성의 역학과 자기 동력에 대한 우리의 이해가 충분하지 않다는 것을 보여줍니다."라고 연구를 진행한 미코 투오미 연구원은 설명합니다.
플라즈마 공의 역학
대상 별인 V889 헤르쿨리스는 젊은 태양과 매우 흡사하여 우리 태양의 역사와 진화에 대한 이야기를 들려줍니다. 투오미는 예를 들어 흑점이나 폭발과 같은 태양 표면의 활동으로 인한 현상을 예측하기 위해서는 항성 천체 물리학을 이해하는 것이 중요하다고 강조합니다.
별은 하전 입자로 구성된 플라즈마 상태의 물질이 모여 있는 구형 구조물입니다. 별은 핵의 핵 반응에서 발생하는 압력과 자체 중력 사이에서 균형을 유지하는 동적 물체입니다. 항성은 다른 행성과 달리 단단한 표면이 없습니다.
항성의 자전은 모든 위도에 대해 일정하지 않은데, 이를 차동 자전이라고 합니다. 이는 뜨거운 플라스마가 대류라는 현상을 통해 별의 표면으로 상승하여 국부적인 자전 속도에 영향을 미치기 때문에 발생합니다. 이는 각운동량이 보존되어야 하고 대류가 적도 근처에서는 회전축에 수직으로 발생하는 반면 극 근처에서는 축과 평행하게 발생하기 때문입니다.
그러나 항성 질량, 나이, 화학 성분, 자전 주기, 자기장 등 많은 요인이 자전에 영향을 미치고 차동 자전 프로파일에 변화를 일으킵니다.
회전 프로파일을 결정하는 통계적 방법
연구에 참여한 천문학 도슨트인 토마스 해크먼은 회전 프로파일을 연구할 수 있는 별은 태양이 유일하다고 설명합니다. “별의 차동 자전은 별의 자기 활동에 영향을 미치는 매우 중요한 요소입니다. 우리가 개발한 방법은 다른 별의 내부 작용에 대한 새로운 창을 열어줍니다.”
헬싱키 대학교 입자물리학 및 천체물리학과의 천문학자들은 새로운 통계적 모델링을 장시간 밝기 관측에 적용하여 근처의 두 젊은 별의 회전 프로파일을 결정했습니다. 연구팀은 위도에 따른 겉보기 점 운동의 차이를 설명하여 관측의 주기적 변화를 모델링했습니다. 그 후 반점의 움직임으로 별의 회전 프로파일을 추정할 수 있었습니다.
대상 별 중 두 번째 별인 히드라자리의 LQ 히드라는 강체처럼 자전하는 것으로 밝혀졌는데, 적도에서 극지방까지 자전이 변하지 않는 것으로 나타나 그 차이가 매우 작다는 것을 알 수 있었습니다.
연구진은 페어본 천문대에서 대상 별을 관측한 결과를 바탕으로 연구를 진행했습니다. 약 30년 동안 로봇 망원경으로 별의 밝기를 모니터링해 왔기 때문에 오랜 기간 동안 별의 행동에 대한 통찰력을 제공합니다.
투오미는 페어본 관측 캠페인을 이끌고 있는 미국 테네시 대학교의 선임 천문학자 그레고리 헨리의 업적을 높이 평가합니다.
“수년 동안 그렉의 프로젝트는 주변 별의 행동을 이해하는 데 매우 중요한 역할을 해왔습니다. 젊고 활동적인 별의 자전과 특성을 연구하든, 행성을 가진 별의 성질을 이해하든, 페어본 천문대의 관측은 절대적으로 중요한 역할을 해왔습니다.
“거대한 우주 기반 천문대 시대에도 40cm의 작은 지상 기반 망원경으로 별 천체 물리학의 기초 정보를 얻을 수 있다는 것은 놀라운 일입니다.”
대상 별인 V889 헤르쿨리스와 LQ 히드라는 약 5천만 년 된 별로서 여러 면에서 어린 태양과 비슷합니다. 두 별 모두 자전 주기가 약 하루 반나절에 불과할 정도로 매우 빠르게 자전합니다. 이러한 이유로 장시간 밝기 관측에는 많은 자전 주기가 포함되어 있습니다. 이 두 별은 수십 년 동안 관측되어 왔고 헬싱키 대학에서 활발하게 연구되어 왔기 때문에 연구 대상으로 선정되었습니다.