A형 주계열성
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1. 개요
A형 주계열성은 모건-키넌(MK) 분광형 분류 체계에서 A0 V에서 A9 V 사이의 스펙트럼을 갖는 별로, 베가, 포말하우트 등이 대표적이다. 이들은 태양보다 질량과 반지름이 크고, 대류층이 없어 항성 자기장이 약하며, 빠른 자전을 하는 경향이 있다. A형 주계열성은 먼지 원반을 동반하여 적외선 초과 현상을 보이며, 무거운 외계 행성을 가질 가능성이 높지만, 빠른 자전으로 인해 도플러 분광법으로는 행성 발견이 어렵다. 그러나 진화하여 적색 거성이 되면 행성 탐색이 용이해지며, 시리우스, 알타이르, 포말하우트 등은 지구에서 비교적 가까운 거리에 위치해 있다.
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| A형 주계열성 | |
|---|---|
| 특징 | |
| 분광형 | A형 |
| 광도 계급 | V (주계열성) |
| 질량 | 1.4 ~ 2.1 M☉ |
| 표면 온도 | 7,600 ~ 10,000 K |
| 스펙트럼 내 특징 | 강한 수소 흡수선 |
| 기타 특징 | 헬륨선이 나타나지 않음. 이온화된 금속선이 존재함. 강한 수소 흡수선 때문에 푸르스름한 흰색으로 보임. 질량이 클수록 수명이 짧음. |
| 물리적 특징 | |
| 질량 범위 | 1.4 ~ 2.1 태양 질량(M☉) |
| 표면 온도 범위 | 7600 ~ 10000 K |
| 색깔 | 청백색 |
| 스펙트럼 특징 | |
| 발머선 | 강한 수소 발머선 |
| 금속선 | 이온화된 금속선 존재 |
| 수명 | |
| 질량과 수명 관계 | 질량이 클수록 수명이 짧음 |
| 기타 | |
| X선 방출 | X선 방출량이 적거나 없음 |
2. 표준성
A형 주계열성의 표준성은 MK 분광 분류와 같은 항성 분광형 분류 체계에서 기준점으로 사용되는 별들이다. 이 표준성들은 특정 분광형과 그 별의 물리적 특성 사이의 관계를 정의하는 데 중요한 역할을 한다.
초기 분광 분류 시도, 예를 들어 해럴드 레스터 존슨과 윌리엄 윌슨 모건이 1953년에 발표한 분류나 여키스 도감 체계 개정판 등에서는 다수의 A형 별을 표준성 후보로 제시했으나[7][24], 이들 모두가 현재까지 표준성으로 인정받는 것은 아니다.
현재 MK 분광 분류 체계에서는 소수의 별만이 확고한 기준점, 즉 "앵커 포인트(anchor points)" 또는 "단검 표준(dagger standards)"[17]으로 인정받고 있다. 대표적인 예로는 베가 (A0 V), 페크다 (A0 V), 포말하우트 (A3 V) 등이 있다.[8][9][25][26] 이후 연구들을 통해 다른 분광형에 대한 표준성도 제안되었으며, 특히 리처드 그레이와 로버트 개리슨은 자전 속도를 고려하여 A형 주계열성의 표준성을 세분화하기도 했다.[11][12][28][29]
하지만 일부 분광형, 예를 들어 A6 V나 A8 V에 대해서는 아직 널리 인정받는 표준성이 확립되지 않은 상태이다.
2. 1. 모건-키넌 (MK) 분류 체계
해럴드 레스터 존슨과 윌리엄 윌슨 모건이 1953년에 발표한 개정된 분광 분류에서는 여러 A형 주계열성이 표준성으로 제시되었으나, 이들 모두가 현재까지 표준성으로 인정받는 것은 아니다. MK 분광 분류 체계에서 현재까지 변함없이 사용되는 "앵커 포인트" 또는 "단검 표준(dagger standards)"으로 불리는[17] A형 주계열성 표준성은 다음과 같다.[8][9][24]1973년 모건과 키넌의 MK 분류 검토 논문에서는 A3 V부터 F2 V 사이의 분광형에 대한 표준성이 제시되지 않았다.[26][9] 이후 1978년 모건, 앱트, 탭스코트는 HD 23886을 A5 V 표준성으로 제안했다.[27][10]
리처드 그레이와 로버트 개리슨은 1987년과 1989년 두 편의 논문을 통해 A형 주계열성의 분광 분류에 기여했다.[28][29][11][12] 이들은 자전 속도가 빠른 별과 느린 별을 구분하여 다음과 같은 표준성을 제시했다.
- A1 V: HD 45320
- A2 V: HD 88955
- A7 V: 물뱀자리 2, 작은사자자리 21
- A9 V: 고래자리 44
위에 언급된 공식적인 MK 표준성 외에도 조스마 (사자자리 델타)가 A4 V 표준성으로 종종 언급된다. 그러나 A6 V와 A8 V 분광형에 대한 표준성은 아직 발표되지 않았다.
2. 2. 그레이-개리슨 연구
리처드 그레이와 로버트 개리슨은 1987년과 1989년에 발표한 두 편의 논문을 통해 A형 주계열성의 분광 계열에 대한 연구를 진행했다. 이들은 A형 주계열성의 분광 표준성을 자전 속도가 빠른 별과 느린 별로 나누어 제시했으며, 그 목록은 다음과 같다.- '''A1 V''': HD 45320
- '''A2 V''': HD 88955
- '''A7 V''': 물뱀자리 2, 작은사자자리 21
- '''A9 V''': 고래자리 44
이 연구들에서 제시된 MK 기준 외에도, 사자자리 델타 (δ Leo)가 A4 V 분광형의 표준성으로 종종 언급되기도 한다. 하지만 A6 V와 A8 V 분광형에 해당하는 표준성으로 공식 지정된 항성은 아직 없다.
2. 3. A6 V 및 A8 V 표준성
MK 분광형 분류 체계에서 A6 V와 A8 V 분광형에 해당하는 표준성으로 공식 지정된 항성은 아직 없다.3. 특징
A형 항성은 비교적 젊으며(일반적으로 수 억 년), 많은 경우 별 자체에서 예상되는 것보다 더 많은 적외선 복사를 방출한다. 이러한 '적외선 초과' 현상은 행성이 형성될 수 있는 파편 원반(항성 주위 원반) 내 먼지에서 방출되는 에너지 때문이다.[30][13]
연구에 따르면 A형 별 주위에서는 질량이 큰 외계 행성이 흔하게 형성될 수 있다. 그러나 A형 별은 일반적으로 매우 빠르게 자전하기 때문에, 분광선이 넓어져 행성이 유발하는 미세한 도플러 변이를 도플러 분광법으로 측정하기 어렵다. 이 때문에 A형 주계열성 주변의 행성을 직접 발견하는 것은 쉽지 않다.[31][14]
하지만 A형 별이 진화하여 적색 거성 단계에 이르면 자전 속도가 느려지는데, 이 단계에서는 시선속도법을 이용해 행성의 존재를 확인할 수 있다.[14] 실제로 폴룩스, 감마 세페이, 이오타 드라코니스와 같이 A형 항성에서 진화한 K형 거성들 주변에서 2011년 초까지 약 30개의 목성급 가스행성이 발견되었다. 다양한 별에 대한 도플러 분광 조사 결과, 태양 질량의 약 2배인 A형 항성의 약 1/6이 하나 이상의 목성 크기 행성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 이는 태양급 항성의 약 1/16보다 높은 비율이다.[31][15]
행성을 거느리고 있는 것으로 알려진 대표적인 A형 별 시스템으로는 포말하우트, 베타 픽토리스, HD 15082, HR 8799, HD 95086 등이 있다.[16]
3. 1. 물리적 특성
A형 주계열성의 일반적인 물리적 특성은 분광형에 따라 다음과 같이 달라진다.| 분광 형 | 질량 (M☉) | 반지름 (R☉) | 광도 (L☉) | 유효 온도 (K) | 색 지수 (B − V) |
|---|---|---|---|---|---|
| A0V | 2.18 | 2.193 | 38.02 | 9,700 | 0.00 |
| A1V | 2.05 | 2.136 | 30.90 | 9,300 | 0.04 |
| A2V | 1.98 | 2.117 | 23.99 | 8,800 | 0.07 |
| A3V | 1.93 | 1.861 | 16.98 | 8,600 | 0.10 |
| A4V | 1.88 | 1.794 | 13.49 | 8,250 | 0.14 |
| A5V | 1.86 | 1.785 | 12.30 | 8,100 | 0.16 |
| A6V | 1.83 | 1.775 | 11.22 | 7,910 | 0.19 |
| A7V | 1.81 | 1.750 | 10.00 | 7,760 | 0.21 |
| A8V | 1.77 | 1.748 | 9.12 | 7,590 | 0.25 |
| A9V | 1.75 | 1.747 | 8.32 | 7,400 | 0.27 |
수정된 예르케스 아틀라스 시스템[7]은 여러 A형 왜성을 분광 표준성으로 제시했지만, 일부는 현재 표준으로 사용되지 않는다. MK 분광 분류 시스템에서 오랫동안 변하지 않고 기준점으로 사용되는 A형 주계열성 표준 별로는 베가 (A0 V), 페크다 (A0 V), 포말하우트 (A3 V) 등이 있다.[8][9] 1973년 모건과 키난의 MK 분류 검토에서는 A3 V와 F2 V 사이의 명확한 표준을 제시하지 않았으나,[9] HD 23886이 1978년에 A5 V 표준으로 제안되었다.[10] 리처드 그레이와 로버트 개리슨은 1987년[11]과 1989년[12] 연구를 통해 HD 45320 (A1 V), HD 88955 (A2 V), 2 히드리 (A7 V), 21 레오니스 마이너리스 (A7 V), 44 세티 (A9 V) 등을 포함한 새로운 A형 왜성 분광 표준 목록을 발표했다. 이 외에도 조스마 (A4 V)가 표준으로 언급되기도 한다. 아직 A6 V 및 A8 V 표준 별은 공식적으로 발표되지 않았다.
A형 주계열성은 별 내부에 대류층이 없어 항성 자기장을 생성하지 못할 것으로 예상된다. 이 때문에 강한 항성풍을 일으키거나 강한 X선을 방출하는 메커니즘을 가지지 않는다.
2019년 7월, 천문학자들은 초속 1,755 km/s라는 기록적인 속도로 움직이는 A형 별 S5-HVS1의 발견을 보고했다. 이 별은 두루미자리 방향으로 지구에서 약 29,000 광년 거리에 있으며, 우리은하 중심의 초대질량 블랙홀인 궁수자리 A*와의 상호작용으로 인해 은하계 밖으로 튕겨져 나왔을 가능성이 제기되었다.
3. 2. 대류층 및 항성 자기장
A형 주계열성은 대류층을 가지고 있지 않으며, 그 때문에 항성 자기장을 가지고 있지 않다고 예상된다. 그 결과, A형 주계열성은 강한 항성풍을 구동할 수 없으며, 강한 X선을 방출하는 기구를 가지고 있지 않다.3. 3. 빠른 자전
(내용 없음)4. 행성계
A형 주계열성 주위에서는 적외선 초과 현상이 관측되어 파편 원반과 행성 형성 가능성을 시사하지만,[30][13] 실제로 행성을 발견하는 데는 어려움이 따른다. 별의 빠른 자전 속도와 큰 크기 때문에 도플러 분광법이나 트랜싯법 적용이 쉽지 않기 때문이다.[14] 이러한 이유로 진화하여 자전 속도가 느려진 적색 거성 단계의 별을 통해 간접적으로 연구하기도 한다.[14] 최근에는 직접적인 관측을 통해 KELT-9b와 같은 외계 행성이 발견되기도 했으며, 포말하우트, 화가자리 베타, HR 8799, HD 15082, HD 95086 등 여러 시스템에서 행성 존재가 확인되었다.[16]
4. 1. 적외선 초과
A형 항성은 젊고(일반적으로 수억 년 정도) 항성 자체가 방출할 것으로 예상되는 양보다 더 많은 적외선을 방출하는 경우가 많다. 이 예측치를 넘는 부분을 '적외선 초과'라고 부른다. 이 현상은 행성이 형성되는 장소인 항성 주위 원반(파편 원반)을 이루는 먼지에서 나오는 적외선 복사가 원인이다.[30][13]연구에 따르면 A형 항성 주변에서는 무거운 외계 행성이 흔하게 형성되는 것으로 보이지만, 이러한 행성들을 도플러 분광법으로 발견하기는 쉽지 않다. 왜냐하면 보통 A형 항성은 매우 빠르게 회전하여 분광선들이 매우 넓게 나타나기에 행성이 만드는 미세한 도플러 변이를 측정하기가 어렵기 때문이다.[14] 또한, 항성의 크기가 크기 때문에 행성이 앞을 가릴 때 밝기가 감소하는 비율(감광률)도 작아져, 트랜짓법으로도 감지가 어렵다는 관측상의 어려움이 존재한다.
하지만 이러한 무거운 별들은 주계열 단계를 벗어나 적색 거성으로 진화하면서 자전 속도가 느려지는데, 이 단계가 되면 시선 속도법을 이용하여 행성의 존재를 감지할 수 있게 된다.[14] 실제로 과거에 A형 주계열성이었을 것으로 생각되는 저온의 K형 거성 주위의 행성을 탐색함으로써, A형 주계열성 주위의 행성 형성을 이해하려는 연구가 진행되고 있다. 2011년 초 기준으로, 폴룩스, 세페우스자리 감마, 용자리 이오타 등 진화한 K형 거성 주변에서 목성급 가스행성 약 30개가 발견되었다.[31][15] 다양한 종류의 별을 대상으로 한 시선 속도법 관측 결과, 태양 질량의 2배인 별 중 약 6분의 1이 하나 이상의 목성 크기 행성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 이는 태양과 같은 별의 경우 약 16분의 1인 것과 비교된다.[31][15]
위에서 언급했듯이 A형 주계열성 주위에서 트랜짓법을 사용하여 외계 행성을 감지하는 것은 어렵지만, 최근에는 발견 보고도 존재한다. 2017년 시점에서는 A형 별 주위에서 트랜짓하는 외계 행성은 6개만 발견되었다. 2017년에 KELT-9를 공전하는 행성 KELT-9b가 트랜짓법에 의해 발견되었는데, 이 주성 KELT-9의 스펙트럼형은 A0V 또는 B9.5V로 A형 주계열성과 B형 주계열성의 경계에 위치한다. KELT-9b는 평형 온도가 4050 K, 별의 복사를 받는 주간면 온도는 4600 K로 K형 주계열성과 비슷한 고온을 나타내며, 2020년까지 발견된 것 중 가장 뜨거운 외계 행성이다. 또한 주성 KELT-9는 트랜짓하는 외계 행성을 가진 것으로 확인된 별 중에서 가장 뜨겁고, 가장 무거우며, 가장 밝은 별이다. 참고로, 2020년 시점에서 평형 온도가 두 번째로 높은 외계 행성은 WASP-33b이며, 그 주성인 HD 15082는 A형 주계열성(A5V)이다. 2020년 시점에서는, A형 별(주계열성뿐만 아니라 준거성 등 포함)을 공전하는 외계 행성은 약 20개가 감지되었다.
행성을 가진 것으로 알려진 A형 별 시스템의 예로는 포말하우트, HD 15082, 화가자리 베타, HR 8799, HD 95086(행성: HD 95086 b) 등이 있다.[16]
4. 2. 행성 발견의 어려움
A형 주계열성 주변에서는 파편 원반이 흔히 발견되며, 이는 행성이 형성되고 있거나 형성되었음을 시사한다.[13] 연구에 따르면 실제로 A형 별 주위에는 질량이 큰 외계 행성이 흔하게 형성될 것으로 추정되지만, 이러한 행성을 발견하는 데에는 몇 가지 어려움이 따른다.[14]가장 대표적인 외계 행성 발견 방법 중 하나인 도플러 분광법 (또는 시선 속도법)은 A형 주계열성에 적용하기 어렵다. A형 별은 보통 매우 빠르게 자전하기 때문에 별빛의 스펙트럼 선폭이 매우 넓게 나타난다. 이로 인해 행성이 별을 미세하게 끌어당기면서 발생하는 스펙트럼선의 작은 도플러 효과 변화를 측정하기가 매우 힘들다.[14]
또 다른 주요 발견 방법인 트랜싯법 역시 어려움이 있다. 트랜싯법은 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛이 미세하게 어두워지는 현상을 감지하는 방식인데, A형 별은 태양과 같은 G형 주계열성보다 훨씬 크고 밝다. 따라서 같은 크기의 행성이 앞을 지나가더라도 밝기 감소율이 상대적으로 작아 감지하기가 더 어렵다.
하지만 이러한 어려움에도 불구하고 A형 별 주변에서 행성이 발견되고 있다. 특히 A형 별이 주계열성 단계를 벗어나 항성진화 과정에서 적색거성으로 변하면 자전 속도가 크게 느려진다. 이 단계에서는 도플러 분광법을 이용해 행성을 탐지하는 것이 가능해진다.[14] 실제로 2011년 초까지 폴룩스, 세페우스자리 감마, 용자리 이오타와 같이 과거에는 A형 주계열성이었을 것으로 추정되는 K형 거성 주위에서 약 30개의 목성형 행성이 발견되었다.[15] 다양한 별들을 대상으로 한 도플러 분광법 조사 결과, 태양 질량의 2배 정도 되는 별(A형 별 포함)의 약 1/6이 하나 이상의 목성 크기 행성을 거느리는 것으로 나타났다. 이는 태양과 비슷한 별(G형 주계열성)의 경우 약 1/16인 것과 비교하면 상당히 높은 비율이다.[15]
트랜싯법을 이용한 발견도 드물지만 이루어지고 있다. 2017년 기준으로 A형 별 주위에서 트랜싯법으로 발견된 외계 행성은 6개에 불과했다. 같은 해, KELT-9를 공전하는 행성 KELT-9b가 트랜싯법으로 발견되었는데, 주성 KELT-9는 A형과 B형의 경계에 있는 뜨거운 별이다. KELT-9b는 별의 강한 복사열을 받아 낮면 온도가 4,600,000에 달하는 초고온 행성으로, 2020년까지 발견된 외계 행성 중 가장 뜨겁다. 주성 HD 15082 (A5V형)를 도는 WASP-33b 역시 A형 별 주위에서 발견된 고온 행성이다. 2020년 기준으로 주계열성뿐만 아니라 준거성 등을 포함하여 A형 별 주위에서 발견된 외계 행성은 약 20개 정도이다.
행성을 거느린 것으로 확인된 대표적인 A형 별 시스템으로는 포말하우트, 화가자리 베타, HR 8799, HD 95086(행성 HD 95086 b), HD 15082, KELT-9 등이 있다.[16]
4. 3. 진화한 별을 통한 연구
A형 주계열성은 일반적으로 매우 빠르게 자전하기 때문에, 시선 속도법(도플러 분광법)을 이용하여 행성을 발견하기 어렵다. 빠른 자전 속도는 별빛의 분광선 폭을 넓혀 행성이 유발하는 미세한 도플러 변이를 측정하기 힘들게 만들기 때문이다.[14]그러나 A형 주계열성이 진화하여 온도가 낮고 크기가 커진 적색거성 단계에 이르면 자전 속도가 상당히 느려진다. 이 단계에서는 시선 속도법을 효과적으로 적용하여 행성의 존재를 확인할 수 있게 된다.[14] 따라서 과거에 A형 주계열성이었을 것으로 추정되는 K형 거성들을 관측함으로써, A형 주계열성 단계에서의 행성 형성 및 존재에 대한 연구가 진행되고 있다.
실제로 이러한 연구를 통해, 2011년 초까지 폴룩스, 세페우스자리 감마, 용자리 이오타와 같은 진화한 K형 거성들 주위에서 약 30개의 목성형 행성이 발견되었다.[15] 다양한 별들을 대상으로 한 시선 속도법 조사 결과, 태양 질량의 약 2배에 달하는 별들(A형 별 포함) 중 약 1/6이 목성 크기의 행성을 하나 이상 가지고 있는 것으로 나타났다. 이는 태양과 비슷한 별의 경우 약 1/16인 것과 비교하면 상당히 높은 비율이다.[15]
행성을 가지고 있는 것으로 확인된 A형 주계열성계의 예로는 포말하우트, HD 15082, 화가자리 베타, HR 8799, HD 95086 등이 있다.[16]
4. 4. 발견된 행성계
외계 행성 탐사 관측 결과, 무거운 행성들이 A형 주계열성 주위에서 흔하게 형성될 것으로 추정되지만, 실제로 발견하기는 여러 어려움이 따른다. A형 주계열성은 대부분 매우 빠르게 자전하여 분광선의 폭이 넓어지기 때문에, 행성이 미치는 미세한 도플러 효과를 시선 속도법으로 측정하기 어렵다. 또한, 별의 크기가 커서 행성이 앞을 지나갈 때 별빛이 가려지는 정도(감광률)가 작아 트랜짓법으로도 발견이 쉽지 않다.하지만 A형 주계열성이 진화하여 적색 거성 단계에 이르면 자전 속도가 느려지므로, 시선 속도법을 이용한 행성 탐색이 가능해진다. 실제로 과거에 A형 주계열성이었을 것으로 추정되는 K형 거성들 주변에서 행성을 찾으려는 연구가 진행되고 있다. 2011년 초 기준으로, 폴룩스, 세페우스자리 감마, 이오타 뱀자리와 같은 진화한 K형 거성 주위에서 약 30개의 목성형 행성이 발견되었다. 다양한 별들을 대상으로 한 조사 결과, 태양 질량의 2배 정도 되는 별(A형 별 포함)의 약 1/6이 하나 이상의 목성 크기 행성을 거느리고 있는 것으로 나타났다. 이는 태양과 비슷한 별(G형 주계열성)의 경우 약 1/16인 것과 비교된다.
이러한 어려움에도 불구하고, 최근에는 트랜짓법을 이용한 A형 주계열성 주변의 외계 행성 발견 보고가 늘고 있다. 2017년 기준으로 A형 별 주위에서 트랜짓하는 외계 행성은 6개 발견되었으며, 더 뜨거운 B형 별 주위에서는 발견된 사례가 없었다.
2017년에는 KELT-9를 공전하는 행성 KELT-9b가 트랜짓법으로 발견되었다. 주성 KELT-9는 분광형이 A0V 또는 B9.5V로, A형 주계열성과 B형 주계열성의 경계에 위치한다. KELT-9b는 평형 온도가 약 4,050,000, 별의 복사를 직접 받는 낮면의 온도는 약 4,600,000에 달하여 K형 주계열성과 비슷한 수준의 고온을 나타낸다. 이는 2020년까지 발견된 외계 행성 중 가장 뜨거운 행성이다. 또한 주성 KELT-9는 트랜짓하는 외계 행성을 가진 별 중에서 가장 뜨겁고, 가장 무거우며, 가장 밝은 별로 기록되었다. 참고로, 2020년 기준으로 평형 온도가 두 번째로 높은 외계 행성은 WASP-33b|WASP-33b영어이며, 이 행성의 주성 HD 15082는 A형 주계열성(A5V)이다. 2020년 시점에서는 주계열성 외에 준거성 등을 포함하여 A형 별 주위에서 약 20개의 외계 행성이 발견되었다.
그 외에 행성 또는 행성 후보 천체가 발견된 A형 별 시스템의 예로는 포말하우트, 화가자리 베타, HR 8799, HD 15082, HD 95086(행성 HD 95086 b|HD 95086 b영어) 등이 있다.[16]
5. 주요 A형 주계열성 목록
(M☉)
(R☉)
(L☉)
(ly)