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K형 주계열성계의 생명체 거주가능성

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목차

1. 개요

K형 주계열성계의 생명체 거주가능성은 K형 별 주변의 생명체 거주 가능 영역, 복사 위험, 그리고 생명체 존재 가능 후보를 중심으로 논의된다. K형 별의 생명체 거주 가능 영역은 태양과 같은 G형 별보다 안정적이며, 자외선 방사선이 적어 생명체 탄생에 유리한 환경을 제공한다. 그러나 코로나 질량 방출과 극자외선 방출로 인해 대기 손실의 위험이 있으며, 이는 다이너모로 생성된 자기장이 강하더라도 별에 가까운 행성에서 발생할 수 있다. 현재까지 글리제 370 b, HD 40307 g, HR 7722 c 등 여러 행성이 생명체 존재 가능 후보로 여겨지며, 케플러 망원경을 통해 K형 별 주위의 지구형 행성 탐색이 이루어지고 있다.

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K형 주계열성계의 생명체 거주가능성
항성 종류
항성 종류주계열성
분광형K형
생명체 거주가능성
장점수명이 길다.
플레어 발생 빈도가 낮다.
조석 고정의 영향이 적다.
단점광합성 효율이 낮을 수 있다.
물의 광분해 가능성이 있다.
추가 정보
관련 연구항성, 행성, 외계 행성, 생명체 거주가능성

2. 생명체 거주가능 영역

K형 주계열성 주변의 생명체 거주가능 구역은 별로부터 대략 0.1 천문단위 (AU)에서 1.3 AU 사이의 거리에 걸쳐 있는 것으로 추정된다.[4][27][17] 이 영역에 위치한 외계 행성은 중심별로부터 액체 상태의 물이 표면에 존재할 수 있을 만큼 충분한 에너지를 받으면서도, 생명체에 치명적일 수 있는 강한 자외선 복사, 특히 이온화 방사선의 양은 상대적으로 적다. 이는 생명체가 발생하고 유지되기에 유리한 환경으로 여겨진다.[4][17][27]

그러나 일부 수학적 모델 연구에 따르면[28][18], 행성이 다이너모 효과로 강력한 자기장을 형성한다고 가정하더라도, 별로부터 약 0.8 천문단위보다 가까운 지구 질량 정도의 행성은 중심별의 코로나 질량 방출과 극자외선(EUV) 복사로 인해 대기의 상당 부분을 잃을 위험이 있다.[28][18] 0.8 천문단위보다 멀리 떨어진 행성의 경우에도, 적절한 온도를 유지하기 위해서는 상당한 양의 대기가 필요하며,[29] 질량이 작은 행성은 이러한 두꺼운 대기를 중력으로 붙잡아 두기 어려울 수 있다.[30] 다만, 극관이 넓게 발달한 행성의 경우, 행성 표면에 노출된 암석 면적이 줄어들어 대기 중 이산화 탄소가 암석에 고정되는 양이 감소할 수 있다. 이는 결과적으로 온실 효과를 강화시켜, 중심별로부터 다소 멀리 떨어져 있거나 질량이 상대적으로 작은 행성이라도 생명 유지에 적합한 온도를 유지하는 데 도움을 줄 수 있다.

2. 1. 안정성

K형 별은 주계열 단계에 태양과 같은 G형 별보다 훨씬 더 오래 머무른다.[31] 이 긴 수명 덕분에 생명체 거주가능 구역(HZ)은 항성의 일생에 걸쳐 그 범위가 크게 변하지 않고 매우 안정적으로 유지된다.[31][6][19] 또한, 주계열 단계 동안 별의 광도 변화도 거의 없어 환경이 일정하게 유지되는 경향이 있다.[6]

K형 별의 생명체 거주가능 구역은 그 폭이 충분히 넓어, 구역 내 행성이 중심별에 의해 조석 고정될 가능성이 상대적으로 낮다.[20] 특히 생명체 거주가능 구역의 중간에서 바깥 경계에 위치한 행성은 조석력의 영향에서 벗어나 자전을 유지할 가능성이 높다.[31] 행성이 자전을 유지하는 것은 생명 탄생과 유지에 유리한 조건인데, 자전을 통해 항성으로부터 받은 열을 행성 전체 경도에 걸쳐 골고루 분배할 수 있기 때문이다.[31][20] 만약 행성의 자전축이 기울어져 있다면 계절이 발생하여, 열을 위도 방향으로도 분배하는 데 도움이 될 수 있다.[32]

이렇게 안정적인 생명체 거주가능 구역 내 환경은 상대적으로 적은 양의 자외선 복사를 특징으로 한다. 이는 액체 상태의 물이 표면에 존재할 수 있을 만큼 충분한 에너지를 제공하면서도, 생명체에 치명적인 이온화 방사선의 위협은 적다는 것을 의미한다.[4][17][27]

2. 2. 조석 고정

K형 별은 주계열 단계에 태양과 같은 G형보다 훨씬 더 오래 머무르기 때문에 생명체 거주가능 영역은 항성의 일생에 걸쳐 그 범위가 크게 변하지 않고 안정적으로 유지된다.[31][19] K형 별의 생명체 거주가능 영역은 행성이 별에 조석 고정되지 않을 정도로 충분히 넓다.[20] 특히 '뜨거운 K' 분광형의 경우, 생명체 거주가능 영역의 중간에서 바깥 경계에 위치한 행성은 어머니 별의 조석력 때문에 자전이 멈출 가능성이 적다.[31]

이는 생명체 탄생에 매우 유리한 조건인데, 행성이 조석 고정되지 않고 자전함으로써 항성으로부터 받은 열을 행성 전체 경도 영역에 골고루 나눠줄 수 있기 때문이다.[31][20] 여기에 만약 행성의 자전축이 기울어져 있다면 계절이 존재할 가능성이 높고, 이는 경도상 받은 열을 위도상으로 분배하는 데 도움을 줄 것이다.[32]

3. 복사 위험

K형 주계열성은 태양과 같은 G형 별보다 전체적인 자외선 방출량은 적지만[27], 행성이 생명 유지에 적합한 온도를 얻기 위해 항성에 더 가까이 공전해야 하므로 이 이점이 상쇄되거나 오히려 불리해질 수 있다.[7] 항성과의 근접성은 코로나 질량 방출과 극자외선 복사로 인한 대기 손실 위험을 높이며, 특정 연구에 따르면 강력한 자기장이 존재하더라도 항성으로부터 약 0.8 천문단위보다 가까운 행성은 대기의 상당 부분을 잃을 수 있다.[28][18]

또한, K형 별은 초기 주계열성 단계에서 G형 별이나 M형 왜성보다 훨씬 더 오랫동안 높은 수준의 X선 및 원자외선(FUV) 복사를 방출한다는 증거가 있다.[7] 이렇게 장기간 지속되는 강한 복사 환경은 생명체 거주가능 영역 내 행성의 대기를 파괴하거나 표면을 멸균시켜 생명의 출현을 지연시키거나 불가능하게 만들 수 있는 심각한 위험 요소로 작용할 수 있다.[7][8]

3. 1. 대기 손실

K형 주계열 별의 생명체 거주가능 영역은 항성으로부터 약 0.25 ~ 1.3 천문단위(AU) 거리에 해당하며, 이 영역에 위치한 외계 행성은 상대적으로 적은 양의 자외선 방사선에 노출된다.[27] 특히 영역 바깥쪽 경계에서는 자외선 복사량이 크게 줄어들어, 생명체가 탄생하고 액체 상태의 물이 존재하기에 유리한 환경이 조성될 수 있다. 이는 충분한 에너지를 받으면서도 생명체를 위협할 만큼 강렬한 복사는 피할 수 있음을 의미한다.[27][17]

그러나 일부 수학적 모델에 따르면, 행성이 다이너모 효과로 생성된 자기장을 가능한 가장 강력하게 지니고 있다고 가정하더라도, 어머니 별로부터 0.8 천문단위보다 가까운 거리에서 공전하는 지구 질량 정도의 행성은 코로나 질량 방출과 극자외선(EUV) 복사로 인해 대기의 상당 부분을 잃을 수 있다.[28][18] 이는 외기권 대기 침식 과정을 통해 발생한다.[18] 0.8 천문단위보다 멀리 떨어진 행성이라도 표면 온도를 액체 물이 존재할 수 있을 정도로 유지하기 위해서는 두꺼운 대기를 통해 열을 가둬야 하는데,[29] 질량이 작은 행성은 이러한 많은 양의 대기를 중력으로 붙잡아 두기 어렵다.[30]

다만, 행성의 극관이 클 경우, 행성 전체 위도에 걸쳐 노출된 암석의 면적이 줄어들어 대기 중 이산화 탄소가 암석에 고정되는 양이 감소할 수 있다. 결과적으로 어머니 항성으로부터 다소 멀리 떨어져 있고, 지구와 질량이 비슷하거나 약간 작은 행성이라도 효과적인 온실 효과를 통해 생명체가 존재하기에 적합한 온도를 유지할 가능성이 있다.

또한, K형 별은 전체 자외선 방출량이 적지만, 행성이 거주 가능한 온도를 유지하려면 별에 더 가까이 공전해야 하므로, 자외선 방출량이 적다는 이점이 상쇄되거나 오히려 불리해질 수 있다. 최근 연구에 따르면, K형 왜성은 태양과 같은 G형 별이나 더 가벼운 초기 M형 왜성보다 훨씬 더 오랫동안 초기 주계열성 단계에서 높은 수준의 X선 및 원자외선(FUV) 복사를 방출하는 것으로 나타났다.[7] 이렇게 방사선 포화 상태가 길게 지속되면 K형 왜성 주변의 생명체 거주가능 영역 내에서 공전하는 지구형 행성의 대기가 파괴되거나 표면이 멸균되어 생명의 출현이 지연되거나 불가능해질 수 있다.[7][8]

4. 생명체 존재 가능 후보

지금까지 발견된 여러 K형 주계열성 주변의 행성 중 생명체가 존재할 환경으로 적합하다고 여겨지는 후보는 여럿 있다.

대표적인 후보로는 슈퍼지구 글리제 370 b가 있으며, 질량은 지구의 24 ± 5배로 추정된다.[33][34] 또 다른 후보인 HD 40307 g는 K2.5V형 별 HD 40307 주위를 생명체 거주가능 영역(CHZ) 내에서 공전하지만, 비교적 찌그러진 타원 궤도(''e''=0.22)를 가지고 있다.[9]

케플러 우주 망원경은 K형 별 주위에서 지구와 비슷한 환경을 지닌 행성을 찾는 데 중요한 역할을 했으며[35], 비록 현재는 운영이 중단되었지만 외계 행성에 대한 주요 정보원 중 하나였다.[9] 케플러 계획을 통해 발견된 대표적인 시스템으로는 케플러-62와 케플러-442가 있으며, 이들은 잠재적으로 생명체 거주 가능성이 있는 행성을 거느린 K형 왜성이다.[9][23]

한편, K형 주계열성 HD 85512 주위를 도는 슈퍼지구 HD 85512 b(HR 7722 c라고도 불림[21])는 지구 질량의 24 ± 5배 이상으로[22] 한때 생명체 거주 가능 후보로 여겨졌으나([10][11]), 현재는 모항성의 별의 자전으로 인해 잘못 관측된 거짓 탐지 결과로 간주된다.[12][13]

앞으로 케플러 계획과 같은 탐사 노력을 통해 더 많은 유사한 행성들이 발견될 가능성이 있다.[35]

참조

[1] 뉴스 Sun may not be a 'Goldilocks' star https://www.sciencen[...] Science News 2014-04-16
[2] 웹사이트 Orange stars are just right for life https://www.newscien[...] New Scientist 2014-04-16
[3] 뉴스 Life Could Easily Develop Around Orange Dwarfs http://news.softpedi[...] Softpedia 2014-04-16
[4] 웹사이트 Orange Dwarf Stars and Life – Common? http://alienrealitie[...] 2014-04-16
[5] 간행물 Reduced biodiversity of life around Proxima Centauri and TRAPPIST-1 2017
[6] 문서 Kepler's Hunt for Earths Shows Progress at Space Conference 2010-03-09
[7] 간행물 HAZMAT. VIII. A spectroscopic analysis of the ultraviolet evolution of K stars: Additional evidence for K dwarf rotational stalling in the first gigayear American Astronomical Society 2022-04-26
[8] 웹사이트 What UV radiation from the 'Goldilocks' stars could really mean https://www.slashgea[...] 2022-05-14
[9] 문서 Kepler's Hunt for Earths Shows Progress at Space Conference http://www.popularme[...] Popular Mechanics 2010-03-09
[10] arXiv A Habitable Planet around HD 85512?
[11] 간행물 The HARPS search for Earth-like planets in the habitable zone 2011-10-03
[12] Exoplanet Archive HD 85512 2024-08-12
[13] 간행물 Doppler Constraints on Planetary Companions to Nearby Sun-like Stars: An Archival Radial Velocity Survey of Southern Targets for Proposed NASA Direct Imaging Missions 2023-02-22
[14] 문서 Orange stars are just right for life 2009-05-06
[15] 문서 Orange Dwarfs Are the Best Suns for Life 2009-12-23
[16] 문서 Life Could Easily Develop Around Orange Dwarfs 2009-05-07
[17] 문서 Orange Dwarf Stars and Life - Common? 2009-06-18
[18] arXiv Evolution of magnetic protection in potentially habitable terrestrial planets 2012
[19] 문서 Kepler's Hunt for Earths Shows Progress at Space Conference 2010-03-09
[20] 문서 Which Stars are a friendly place for life to form 2011-03-14
[21] 문서 A Habitable Planet around HD 85512? 2011-08
[22] 문서 The HARPS search for Earth-like planets in the habitable zone 2011-10
[23] 문서 Kepler's Hunt for Earths Shows Progress at Space Conference http://www.popularme[...] Popular Mechanics 2010-03-09
[24] 웹인용 Orange stars are just right for life http://www.newscient[...] New Scientist 2015-05-13
[25] 뉴스 Sun may not be a 'Goldilocks' star https://www.sciencen[...] Science News 2014-04-16
[26] 뉴스 Life Could Easily Develop Around Orange Dwarfs http://news.softpedi[...] Softpedia 2015-05-13
[27] 웹인용 Orange Dwarf Stars and Life - Common? http://alienrealitie[...] 2015-05-13
[28] arXiv Evolution of magnetic protection in potentially habitable terrestrial planets 2012
[29] 웹인용 Planet Atmospheres & Weather http://www.aerospace[...] Aero Space Web 2015-05-13
[30] 웹인용 Planetary Science - Atmospheres http://www.astronomy[...] 2015-05-13
[31] 문서 Kepler's Hunt for Earths Shows Progress at Space Conference 2010-03-09
[32] 웹인용 Which Stars are friendly place for life to form.Lets see... http://www.abovetops[...] 2015-05-13
[33] 문서 A Habitable Planet around HD 85512? http://arxiv.org/abs[...] 2011-08-17
[34] 저널 The HARPS search for Earth-like planets in the habitable zone 2011-10-03
[35] 문서 Kepler's Hunt for Earths Shows Progress at Space Conference http://www.popularme[...] Popular Mechanics 2010-03-09


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