HD 140283

3. 나이

HD 140283는 현재까지 발견된 항성 중 가장 오래된 것으로 추정되는 별이다. 그 나이는 136억 6000만 년에서 152억 6000만 년 사이로 추정되는데, 이는 현재 우주의 나이로 추정되는 137억 1300만 년에서 138억 3100만 년^[21] 범위에 들어간다.^[18][26] 비록 불확실성이 크지만, 이전까지 가장 오래된 항성으로 알려졌던 HE 1523-0901의 132억 년^[22]보다도 오래되었다. 또한 133억 6000만 년 전의 천체인 UDFj-39546284^[23]나 133억 년 전의 천체인 MACS0647-JD^[24]와 비교해도 더 오래되었다. 이처럼 엄청난 나이 때문에 NASA는 이 별에 성경에서 가장 장수한 인물로 나오는 므두셀라의 이름을 따 “므두셀라성(Methuselah star)”이라는 별명을 붙였다.^[26]

HD 140283은 주계열성도 아니고 적색 거성도 아니기 때문에, 헤르츠스프룽-러셀 도표에서의 초기 위치는 양자역학을 기반으로 한 항성 진화의 데이터와 이론적 모델 및 수백만 개의 별에서 관측된 과정을 통해 그 겉보기 나이를 추론하는 데 사용되었다.

이 별에 대한 연구는 천문학자들이 우주의 초기 역사를 이해하는 데 도움을 준다. HD 140283과 같은 별의 매우 낮지만 0이 아닌 금속 함량은 이 별이 2세대 항성 생성에서 기존 물질로부터 형성되었음을 나타낸다.

다른 금속이 부족한 별들과 달리, HD 140283은 검출 가능한 양의 리튬을 가지고 있는데, 이는 HD 140283이 아직 적색 거성으로 진화하지 않았고 따라서 아직 첫 번째 드레지업을 겪지 않았기 때문이다.^[15]

HD 140283은 고유 운동이 매우 크기 때문에 원래 은하수에 속한 천체가 아니라 은하수에 흡수된 왜소 은하에서 생성된 것으로 생각된다. HD 140283은 철과 수소의 존재비([Fe/H])로 나타내는 금속량이 -2.40(태양의 약 0.4%)으로 낮은 값을 가지는 저금속성이다.

3. 1. 나이 측정의 불확실성

허블 우주 망원경으로 정밀한 고유 운동 수치를 측정하면서 나이의 불확정성이 개선되었다. 허블 우주 망원경의 관측 결과는 이전 히파르코스의 관측 결과와 거의 차이가 없었지만, 불확정성은 히파르코스에 비해 5배나 개선되었다.^[26]

HD 140283의 나이는 불확정성을 더 줄일 수 있다. 특히 산소량이 예상보다 많기 때문에, 우주에 존재하는 산소량과 비교하면 HD 140283의 나이를 더 낮출 수 있을 것이며, 어쩌면 우주의 나이보다도 더 낮아질 수도 있다.^[26]

3. 2. 최근 연구 결과

나이의 불확정성이 개선된 것은 허블 우주 망원경 덕분이다. 허블 우주 망원경으로 자세한 고유운동 수치를 구할 수 있게 되었으며, 이는 이전의 히파르코스 관측 결과와 거의 차이가 없었지만, 불확정성은 히파르코스보다 5배 개선되었다.^[26]

HD 140283의 나이에 대한 불확정성은 더 낮출 수 있다. 특히 산소의 양이 예상보다 높기 때문에, 우주에 존재하는 산소의 양과 비교하면 HD 140283의 나이를 우주의 나이보다 낮출 수 있을 것이다.^[26]

최근 연구에서는 NASA의 허블 우주 망원경의 미세 유도 센서를 사용하여 별의 정확한 시차를 측정, 별의 나이를 약 144억 6천만 년 ± 8억년으로 추정했다.^[8] 그러나 이 값의 불확실성 때문에 2018년 최종 플랑크 위성 결과(137억 8700만 년 ± 2000만 년)^[9][10]에 의해 결정된 우주의 나이와 상충될 가능성이 있다. 최근의 항성 진화 모델에서는 별의 나이를 137억 년 또는 120억 년으로 수정해야 한다는 것을 시사한다.

가이아의 두 번째 목록인 가이아 DR2의 시차 측정은 오차 0.44%의 거리를 나타냈으며, 이는 나중에 가이아 DR3 목록에서 로 개선되었다.^[16][2] 이는 이전 나이 추정에 사용된 히파르코스 목록의 및 허블 시차의 보다 훨씬 높으며, 더 큰 항성 질량을 의미하고 따라서 나이가 더 낮음을 의미한다. 2022년에는 진화 모델과 간섭 관측을 사용하여 120억 년 ± 5억년의 나이가 추정되었으며, 2024년의 더 자세한 연구에서는 사용된 화학적 풍부도에 따라 120억 년에서 140억 년 사이의 나이가 나왔다.

윌슨산 천문대에 있는 세계 최대급 광적외선 간섭계인 "CHARA"를 이용한 2018년 연구에서는 표면 온도가 태양(5772 K)보다 약간 높은 5787K, 반지름은 태양의 2.04배, 광도는 약 4.82배로 추정되었다.

4. 항성의 기원과 진화

HD 140283는 고유 운동이 매우 커서 원래 우리 은하 소속이 아니라, 왜소 은하가 우리 은하와 충돌했을 때 흡수된 별로 추정된다. 은하헤일로 중심부의 천체는 일반적으로 나이가 많은 항성이 많다는 점도 이러한 가설과 일치한다.^[26]

HD 140283은 중원소 함량이 낮지만, 금속을 포함하고 있다.^[26] 따라서 우주 최초로 형성되어 금속이 전혀 없는 항성(빅뱅 핵합성으로 만들어진 수소와 헬륨만으로 구성된 종족III)은 아니다.^[26] 이는 HD 140283이 형성될 당시에 이미 다른 항성이 초신성 폭발을 일으켜 생성된 중원소로 "오염"되었다는 것을 의미한다.^[26]

이 별은 주계열성이나 적색 거성이 아니기 때문에, 헤르츠스프룽-러셀 도표에서의 초기 위치는 양자역학을 기반으로 한 항성 진화의 데이터와 이론적 모델 및 수백만 개의 별에서 관측된 과정을 통해 그 겉보기 나이를 추론하는 데 사용되었다. 2013년 미 항공우주국(NASA)의 허블 우주 망원경 미세 유도 센서를 사용한 연구^[8]에서는 별의 정확한 시차(거리와 광도)를 측정하여 나이를 약 144억 6천만 년으로 추정했다. 그러나 최근 항성 진화 모델에서는 별의 나이를 137억 년 또는 120억 년으로 수정해야 한다고 시사한다.

"므두셀라 별"이라는 별명으로 불리는^[11][12] 이 별은 빅뱅 직후에 형성되었을 것이며,^[9] 2021년 기준으로 알려진 가장 오래된 별 중 하나이다.

HD 140283에 대한 연구는 천문학자들이 우주의 초기 역사를 이해하는 데 도움을 준다. HD 140283과 같이 금속 함량이 매우 낮지만 0은 아닌 별은 2세대 항성 생성에서 기존 물질로부터 형성되었음을 나타낸다.

HD 122563, CS22892-0052, CD−38 245와 마찬가지로,^[9] HD 140283은 철에 비해 산소와 알파 원소가 과다하다.

4. 1. 종족 II 항성

4. 2. 항성 진화 연구에의 기여

HD 140283의 나이는 더 줄일 수 있다. 특히 예상보다 많은 산소량은 HD 140283의 나이를 우주의 나이 이하로 낮출 수 있음을 시사한다.

참조

_[1] 저널 The extension of the MK spectral classification system to the intermediate population II F type stars 1989
_[2] Gaia DR3
_[3] 저널 Accurate effective temperatures of the metal-poor benchmark stars HD 140283, HD 122563, and HD 103095 from CHARA interferometry
_[4] 저널 The barium isotopic mixture for the metal-poor subgiant star HD 140283 2010
_[5] SIMBAD HD 140283 2017-09-03
_[6] 저널 The atmospheres of A type subdwarfs and 95 Leonis 1951
_[7] 저널 The three-prism stellar spectrograph of the Mount Wilson Solar Observatory 1912
_[8] 웹사이트 Hubble finds birth certificate of oldest known star http://phys.org/news[...] Phys.Org 2013-03-07
_[9] 저널 HD 140283: A Star in the Solar Neighborhood that Formed Shortly After the Big Bang 2013
_[10] 저널 Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters (See PDF, page 15, Table 2).
_[11] 뉴스 How Can a Star Be Older Than the Universe? - Space Mysteries: If the universe is 13.8 billion years old, how can a star be more than 14 billion years old? https://www.space.co[...] 2019-10-16
_[12] 뉴스 Hubble Finds 'Birth Certificate' of Oldest Known Star https://www.scienced[...] 2013-03-07
_[13] 웹사이트 Nearby Ancient Star is Almost as Old as the Universe http://www.universet[...] Universe Today 2013-02-23
_[14] 저널 Nearby star is almost as old as the Universe 2013-01-10
_[15] 저널 Abundance of lithium in unevolved halo stars and old disk stars - Interpretation and consequences 1982
_[16] Gaia DR2
_[17] 웹사이트 Hubble Finds Birth Certificate of Oldest Known Star http://hubblesite.or[...]
_[18] 저널 HD 140283: A Star in the Solar Neighborhood that Formed Shortly After the Big Bang 2013
_[19] 웹사이트 HD 140283 -- Variable Star http://simbad.u-stra[...]
_[20] 웹사이트 HD 140283: A Star in the Solar Neighborhood that Formed Shortly After the Big Bang http://jp.arxiv.org/[...] 2013-07-19
_[21] 웹사이트 Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results http://arxiv.org/abs[...]
_[22] 웹사이트 Discovery of HE 1523-0901, a Strongly r-Process Enhanced Metal-Poor Star with Detected Uranium http://arxiv.org/abs[...]
_[23] 웹사이트 The Abundance of Star-Forming Galaxies in the Redshift Range 8.5 to 12: New Results from the 2012 Hubble Ultra Deep Field Campaign http://arxiv.org/abs[...]
_[24] 웹사이트 CLASH: Three Strongly Lensed Images of a Candidate z ~ 11 Galaxy http://arxiv.org/abs[...]
_[25] 웹사이트 Models for Old, Metal-Poor Stars with Enhanced α-Element Abundances. II. Their Implications for the Ages of the Galaxy's Globular Clusters and Field Halo Stars http://iopscience.io[...]
_[26] 웹사이트 Hubble Finds Birth Certificate of Oldest Known Star http://www.nasa.gov/[...]