루만 16

3. 명칭

에릭 E. 마마젝은 이 시스템에 루만 16이라는 이름을 제안했으며, 구성 요소는 루만 16A와 루만 16B로 명명되었다. 이 이름은 자주 업데이트되는 워싱턴 이중성 목록(WDS)에서 유래되었다. 케빈 루만은 이미 WDS에 "LUH"라는 발견자 식별자로 여러 이중성 발견을 등재한 바 있다. WDS 카탈로그는 현재 이 시스템을 식별자 10493−5319 및 발견자 지정 LUH 16으로 등재하고 있다.

루만 16이라는 이름은 원래의 식별자 WISE J104915.57−531906.1보다 기억하기 쉽다는 장점이 있다. 마마젝은 "이 물체를 24자 이름(공백 포함)으로 부르는 것은 어리석어 보인다"고 언급했다.^[1] 다른 약칭으로는 "WISE J1049−5319"나 "WISE 1049−5319" 등이 사용되기도 한다. "루만-WISE 1"이라는 이름도 대안으로 제안되었다.

이중성 전체를 가리킬 때는 루만 16AB라고도 한다.

4. 천체역학

루만 16은 두 개의 갈색 왜성인 루만 16 A와 루만 16 B로 이루어진 쌍성계이다. 두 천체는 서로의 중력에 묶여 약 3.5AU 거리를 두고 공전하고 있다. 이 쌍성계 전체는 태양계에 대해 상당한 고유 운동과 시선 속도를 가지고 움직이며,^[9] 이는 지구에서 관측되는 천체의 위치 변화와 거리 변화로 나타난다. 이러한 운동 특성 분석을 통해 루만 16은 과거 태양계에 더 가까이 접근했다가 현재는 멀어지고 있는 것으로 추정된다.^[3] 루만 16의 자세한 천구상 위치, 거리, 운동에 대한 정보는 하위 문단에서 상세히 다룬다.

4. 1. 천구 상 위치

4. 2. 거리

4. 3. 태양계와의 근접성

4. 4. 알파 센타우리와의 근접성

4. 5. 고유 운동

4. 6. 시선 속도

5. 궤도와 질량

루만 16의 최초 발견 논문에서 루만 외 (2013)는 구성 요소의 공전 주기를 약 25년으로 추정했다.

가르시아 외 (2017)는 31년에 걸친 기록 관측을 사용하여 27.4년의 공전 주기와 3.54AU의 긴반지름을 발견했다. 이 궤도는 0.35의 이심률과 79.5°의 궤도 경사를 갖는다. 구성 요소의 질량은 각각 34.2(+1.3−1.2) 목성 질량과 27.9(+1.1−1.0) 목성 질량으로, 질량비는 약 0.82로 밝혀졌다.

2018년 가이아 DR2의 데이터를 통해 궤도는 27.5±0.4년의 주기로 정제되었으며, 긴반지름은 3.56AU±0.025AU, 이심률은 0.343±0.005, 경사각은 100.26±0.05° (2017년 연구에서 발견된 것과 반대 방향)이다. 질량은 33.51(+0.31−0.29) 목성 질량과 28.55(+0.26−0.25) 목성 질량으로 추가적으로 정제되었다. 2024년에는 거리와 궤도가 더욱 정제되어 3.52AU의 긴반지름(500.993 mas의 시차를 가정), 0.344±0.001의 이심률, 79.92±0.001°의 경사각이 도출되어 이전 측정과 일치하는 경사각을 보였다. 두 번째 구성 요소의 질량은 첫 번째 구성 요소의 83.05±0.06%이다. 개별 질량은 35.2±0.2 목성 질량과 29.4±0.2 목성 질량으로 측정되었다.

이 결과는 궤도와 구성 요소 질량에 대한 이전의 모든 추정치와 일치한다.

갈색 왜성의 자전 주기를 투영된 회전 속도와 비교해 보면, 두 갈색 왜성이 거의 적도 방향으로 관측되며, 궤도에 잘 정렬되어 있는 것으로 보인다.

6. 나이

2013년 발견 직후 초기 연구에서는 루만 16이 은하 원반에 속할 확률이 96%이며, 젊은 이동성 성단에는 속하지 않는다고 보았다. 리튬 흡수선을 분석한 연구에서는 이 시스템의 최대 나이를 약 30억 년에서 45억 년(Gyr) 사이로 추정했다.^[4][5] 이후 초대형 망원경(VLT) 관측을 통해 최소 1억 2천만 년(Myr)보다는 오래된 천체임이 밝혀졌다.^[6]

그러나 2022년, 루만 16이 새롭게 발견된 오세아누스 이동성 성단의 일원이라는 사실이 확인되었다. 이 성단의 나이는 약 5억 1천만 년(Myr)으로 추정된다. 2024년 연구에서는 루만 16의 나이를 4억 년에서 8억 년 사이(Myr)로 추정하며 오세아누스 성단과의 연관성을 뒷받침했다. 다만, 루만 16을 이루는 두 구성 요소의 나이 추정치가 일치하지 않는 경우가 있는데, 이는 서로 다른 구름 덮개로 인해 냉각 효율이 다르거나, 부정확한 광도 측정 또는 진화 모델 자체의 오류 때문일 수 있다.

7. 행성 탐색

2013년 12월, 이 시스템의 궤도 운동에서 섭동이 보고되었는데, 이는 시스템 내에 세 번째 천체가 존재할 가능성을 시사했다. 이 잠재적 동반성의 공전 주기는 몇 달로 추정되었으며, 이는 두 갈색 왜성 중 하나를 공전하는 궤도를 의미했다. 만약 동반성이 존재한다면, 그 질량은 갈색 왜성의 질량 한계보다 작아야 했는데, 그렇지 않다면 직접적인 이미징을 통해 이미 감지되었을 것이기 때문이다. 연구자들은 측정에 오류가 없다고 가정했을 때, 이러한 섭동이 잘못된 신호일 확률(허위 양성)을 0.002%로 매우 낮게 추정했다. 만약 이 발견이 확인되었다면, 이는 천체측정법을 통해 발견된 최초의 외계 행성이 되었을 것이다. 연구팀은 이 행성의 질량이 몇 목성 질량에서 30 목성 질량 사이일 것으로 추정했지만, 질량이 이보다 더 큰 행성은 자체적으로 더 밝아 별의 겉보기 위치(광심)에 영향을 미치므로, 오히려 천체측정법을 이용한 행성 탐지를 더 어렵게 만들 수 있다고 언급했다.

그러나 이후 거대 마젤란 망원경을 이용한 루만 16의 정밀한 천체측정 관측 결과, 20일에서 300일 사이의 주기로 두 갈색 왜성 중 하나를 공전하는 2 목성 질량보다 큰 질량을 가진 제3의 천체는 존재하지 않는 것으로 밝혀졌다. 이는 루만 16 시스템이 적어도 가까운 거리에는 거대한 행성을 가지고 있지 않다는 것을 의미한다.

또한, 2014년부터 2016년까지 허블 우주 망원경을 이용한 관측을 통해 이 시스템에 추가적인 갈색 왜성이 존재하지 않음이 확인되었다. 이 관측은 1년에서 2년 사이의 공전 주기를 가지는 해왕성 질량(약 17 지구 질량) 정도의 천체 역시 존재하지 않음을 보여주었다. 이러한 결과들은 이전에 제기되었던 외계 행성 후보의 존재 가능성을 크게 낮추었다.

허블 우주 망원경을 이용한 추가 관측에서는 400일에서 5000일 사이의 궤도를 도는 1.5 해왕성 질량보다 큰 행성의 존재 가능성을 배제했다. 하지만 이 연구에서도 2일에서 400일 사이의 비교적 짧은 주기를 가지면서 질량이 3 해왕성 질량 미만인 행성의 존재 가능성은 여전히 열려 있는 상태이다.

8. 대기

Gillon 등의 2013년 연구에 따르면 루만 16B는 자전하면서 표면 밝기가 일정하지 않게 변하는 모습을 보였다. 2013년 5월 5일, Crossfield 등은 유럽 남방 천문대의 초대형 망원경(VLT)을 사용하여 루만 16 시스템을 5시간 동안 직접 관찰했는데, 이는 루만 16B가 한 바퀴 완전히 자전하는 시간과 같다. 이 연구는 Gillon 등의 관측 결과를 재확인하며, 루만 16B의 중간 위도 지역에 큰 어두운 영역이 있고, 위쪽 극 근처에는 밝은 영역이 있으며, 다른 부분들은 얼룩덜룩한 밝기를 보인다는 것을 발견했다. 연구진은 이러한 밝기 변화가 "얼룩덜룩한 전역 구름" 때문이며, 어두운 영역은 두꺼운 구름층을, 밝은 영역은 구름층 사이의 구멍으로 내부에서 빛이 새어 나오는 곳이라고 설명했다. 루만 16B의 밝기 패턴은 매일 빠르게 변화한다. 루만 16B는 지금까지 알려진 갈색 왜성 중에서 광도 변화가 가장 큰 천체 중 하나로, 때로는 밝기가 20% 이상 변하기도 한다.^[7] 2MASS J21392676+0220226만이 루만 16B보다 더 큰 밝기 변화를 보이는 것으로 알려져 있다.^[7]

Heinze 등은 2021년 연구에서 알칼리 금속인 칼륨과 나트륨의 스펙트럼 선에서 변화가 관측됨을 보고했다. 이들은 이러한 변화가 구름 덮개의 변화로 인해 염화물과의 지역적인 화학적 평형 상태가 달라졌기 때문이라고 추정했다. 번개나 오로라 현상도 가능성이 있지만, 상대적으로 가능성은 낮다고 보았다.^[7]

루만 16B의 광도 곡선은 차등 자전의 증거를 보여준다. 즉, 적도 지역과 중간 위도 지역이 서로 다른 속도로 자전한다는 증거가 있다. 주요 자전 주기는 5.28시간으로, 이는 적도 지역의 자전 주기에 해당한다. 한편, 루만 16A의 자전 주기는 6.94시간일 가능성이 높다.

Biller 등은 2024년 제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 미드 적외선 기기(MIRI) LRS와 NIRSpec을 사용하여 루만 16의 두 구성 요소를 각각 8시간과 7시간 동안 관측했다. 이 관측을 통해 L형 및 T형 왜성에서 흔히 발견되는 수증기, 일산화 탄소, 메탄의 흡수선이 두 갈색 왜성 모두에서 확인되었다. 특히 루만 16A는 8.5 μm 이상의 파장에서 평탄한 스펙트럼을 보이는데, 이는 작은 입자로 이루어진 규산염 구름의 존재를 시사한다. 관측으로 얻어진 광도 곡선은 두 구성 요소 모두 밝기가 변하며, 루만 16B가 루만 16A보다 훨씬 더 큰 변화를 보인다는 것을 나타냈다. 이러한 밝기 변화는 파장에 따라 복잡한 양상을 보였다. 연구진은 일산화 탄소(CO) 흡수 밴드와 일치하는 2.3 μm 및 4.2 μm 파장, 그리고 규산염 흡수와 일치하는 8.3–8.5 μm 파장에서 밝기 변화의 양상이 달라지는 것을 확인했다. 이는 대기의 서로 다른 세 깊이에서 평균 압력이 변화하기 때문으로 해석되었다. 또한 연구진은 얼룩덜룩한 구름이 밝기 변화의 원인인지 확인하기 위해 모델과 비교했다. 루만 16A에서는 높은 고도에 작은 규산염 입자로 이루어진 구름이 발견되었지만, 이것이 얼룩덜룩한 구름층일 가능성은 낮다고 보았다. 루만 16B에서는 이러한 작은 규산염 입자의 특징은 발견되지 않았으나, 대기 깊은 곳에 더 큰 입자로 이루어진 규산염 구름이 존재할 가능성은 있다. 연구진은 또한 일반 대기 순환 모델(GCM)과 핫스팟 모델도 테스트했지만, 실제 관측된 광도 곡선은 이러한 모델들의 예측보다 더 복잡한 양상을 보였다.

TESS 우주 망원경이 수집한 데이터를 분석한 다니엘 아파이, 도메니코 나르디엘로, 루이지 R. 베딘 연구팀은 루만 16 AB 갈색 왜성이 목성과 유사한 특징을 가지며, 빠른 속도의 바람이 적도와 평행한 줄무늬를 형성하고 있다는 사실을 밝혀냈다.^[8]

9. 전파 및 X선 활동

Osten 등(2015)의 연구에서는 호주 텔레스코프 컴팩트 어레이를 사용하여 전파 영역에서, 찬드라 X선 관측소를 사용하여 X선 영역에서 루만 16을 관측하였다. 이 관측에서 루만 16 AB에서는 어떠한 전파나 X선 활동도 발견되지 않았다. 이 결과는 극저온 왜성의 전파 및 X선 광도에 대해 현재까지 얻어진 가장 강력한 제약 조건을 제시하는 것으로 평가된다.

참조

_[1] 문서
_[2] 문서
_[3] 문서
_[4] 학술지 Signatures of Cloud, Temperature, and Gravity from Spectra of the Closest Brown Dwarfs 2014-08
_[5] 학술지 Resolved Near-infrared Spectroscopy of WISE J104915.57-531906.1AB: A Flux-reversal Binary at the L dwarf/T Dwarf Transition 2013-08
_[6] 학술지 VLT X-Shooter spectroscopy of the nearest brown dwarf binary 2015-09
_[7] 학술지 Weather on Other Worlds. VI. Optical Spectrophotometry of Luhman 16B Reveals Large-amplitude Variations in the Alkali Lines
_[8] 웹사이트 Vents et jets découverts sur Luhman 16 AB, la naine brune la plus proche de la Terre https://www.insu.cnr[...] Institute for Earth Sciences and Astronomy, [[National Centre for Scientific Research]] 2024-08-01
_[9] 웹사이트 Discovery of a Binary Brown Dwarf at 2 parsecs from the Sun Penn State Science http://science.psu.e[...]
_[10] 웹사이트 The Closest Star System Found in a Century Penn State Science http://science.psu.e[...]
_[11] 웹사이트 Howdy, Neighbor! New Twin Stars Are Third Closest to the Sun Slate http://www.slate.com[...]
_[12] arXiv Individual, Model-Independent Masses of the Closest Known Brown Dwarf Binary to the Sun https://arxiv.org/ab[...]
_[13] arXiv On the Nearby Binary Brown Dwarf WISE J104915.57-531906.1 (Luhman 16) https://arxiv.org/ab[...]
_[14] 문서
_[15] 문서
_[16] 웹사이트 WISE Nabs the Closest Brown Dwarfs Yet Discovered Universe Today http://www.universet[...]