WISE 0855−0714

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1. 개요

WISE 0855−0714는 2013년 발견된 태양계에서 네 번째로 가까운 별 또는 갈색 왜성계이다. WISE 우주 망원경으로 처음 관측되었으며, 매우 낮은 온도로 인해 주로 적외선을 방출한다. 질량은 목성 질량의 3~10배로 추정되며, 갈색 왜성 또는 행성 질량 천체로 분류된다. 대기에서는 메탄, 수증기, 암모니아 등이 검출되었으며, 2024년에는 중수소화된 메탄과 포스핀이 발견되어 중수소 연소 한계 미만의 질량을 가짐이 확인되었다.

WISE 0855−0714

기본 정보

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제임스 웹 우주 망원경으로 촬영한 WISE 0855−0714의 시간 경과 사진 시퀀스

위치	우미뱀자리

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우미뱀자리 내 WISE 0855−0714의 위치

거리	7.4 ly (2.26 파섹)
별칭	WISEA J085510.74-071442.5 GJ 11286

특징

종류	준갈색 왜성
분광형	Y4V
J 대역 겉보기 등급	25.00 ± 0.53
H 대역 겉보기 등급	23.83 ± 0.24
고유 운동 (적경)	-8123.7 ± 1.3 마이크로초/년
고유 운동 (적위)	673.2 ± 1.3 마이크로초/년
시차	439.0 ± 2.4 마이크로초
질량 (목성 질량)	~3–10
반지름 (킬로미터)	63,500
반지름 (목성 반지름)	0.89
광도 (태양 광도)	4.9545e-8
표면 중력	~4
표면 온도 (켈빈)	285
금속 함량 (태양 대비)	~0
나이 (십억 년)	1–10

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1. 개요
2. 발견
3. 특징
4. 갤러리

2. 발견

WISE 0855−0714는 2010년 5월 4일, 전천을 관측하는 주 임무를 수행하던 와이즈 우주 망원경(WISE telescope)에 의해 처음으로 촬영되었다. 2013년 3월, 케빈 루먼(Kevin Luhman)이 WISE 이미지에서 태양(the Sun)의 잠재적인 쌍성 동반자를 찾던 중 이 천체의 비정상적으로 높은 고유 운동을 발견하면서 존재가 확인되었다.

루먼은 이 천체의 분광학적 특성과 태양과의 근접 거리를 확인하기 위해 2013~2014년 사이에 스피처 우주 망원경(Spitzer Space Telescope)과 제미니 북 망원경으로 후속 관측을 수행했다. 이 천체의 발견은 2014년 4월, NASA의 보도 자료를 통해 발표되었다.

WISE J085510.83-071442.5라는 명칭은 WISE가 처음으로 검출했다는 점과 그 좌표에서 부여된 것으로, 이 좌표는 바다뱀자리 방향에 있는 천체임을 나타낸다.

3. 특징

WISE 0855−0714는 고립된 천체이므로 광도는 주로 열 복사에서 비롯된다. 온도는 225,000에서 260,000 사이로 매우 낮아 광도가 매우 낮고 주로 적외선을 방출한다. 따라서 제임스 웹 우주 망원경(JWST)과 같은 적외선 망원경으로 관측하는 것이 가장 좋다.

WISE 0855−0714를 포함한 태양에 매우 가까운 항성・갈색 왜성의 그림. 거리 측정 연도도 함께 표시되어 있다.

WISE 0855−0714^영어는 근적외선 파장에서도 매우 어둡게 관측되며, 가시광선 영역에서는 거의 보이지 않는다.

질량과 나이는 확실하게 알려져 있지 않지만, 현재 온도를 통해 추정할 수 있다. 질량이 낮을수록 냉각 속도가 빨라져 나이가 젊어지고, 질량이 높을수록 냉각 속도가 느려져 나이가 많아진다. 갈색 왜성의 진화 모델에 따르면 WISE 0855−0714는 목성 질량의 3 ~ 10배 사이의 질량을 가져야 한다.

국제천문연맹은 목성 질량의 13배 이상의 질량을 가진 물체가 중수소를 융합할 수 있다면 갈색 왜성으로 간주한다. WISE 0855−0714는 질량이 갈색 왜성의 하한보다 작고, 단독으로 존재하기 때문에 자유 부동 행성일 가능성도 있지만, 발견자 그룹은 행성 질량 갈색 왜성일 가능성이 더 높다고 보고 있다.

3.1. 거리 및 고유 운동

직접 관측에 따르면 WISE 0855−0714는 의 큰 시차를 가지고 있으며, 이는 약 ()의 거리에 해당한다. 이로 인해 WISE 0855−0714는 태양으로부터 네 번째로 가까운 별 또는 (준) 갈색 왜성계가 되었다. WISE 0855−0714는 또한 매우 높은 고유 운동 을 가지고 있으며, 이는 버나드 별 ()과 카프테인 별 () 다음으로 세 번째로 높은 값이다. 고유 운동은 시간이 지남에 따라 이동하는 모습이 직접 관측될 정도로 크다.

3.2. 분광학적 특징

제미니 북쪽 망원경의 GNIRS 기기를 사용하여 얻은 근적외선 및 중적외선 스펙트럼에서 L-밴드(3.4–4.14 μm)는 메탄 흡수가, M-밴드(4.5–5.1 μm)는 수증기 (H₂O) 흡수가 지배적이다. M-밴드와 L-밴드 모두 목성 대기에 나타나는 포스핀 (PH₃)은 검출되지 않았다. M-밴드 스펙트럼은 물 얼음 구름의 증거를 보여주며, 근적외선 광도가 모델에 비해 희미하여 추가 흡수체, 아마도 물 얼음 아래에 있는 인산이수소암모늄 (NH₄)(H₂PO₄)으로 구성된 구름을 시사한다.

NIRSpec 관측에서는 메탄 (CH₄), 수증기 (H₂O), 암모니아 (NH₃) 및 일산화 탄소 (CO)가 검출되었지만, 포스핀 (PH₃) 또는 이산화 탄소 (CO₂)는 확인할 수 없었다. 물 얼음 구름도 확인되지 않았으며, 스펙트럼은 구름이 없는 모델과 잘 일치한다. MIRI 관측에서는 수증기 고갈과 압력에 따라 변동하는 수증기 풍부함을 보였으며, 이는 상층 대기에서 물이 응축되는 것과 일치한다. 그러나 이전 연구에서 예측되었던 물 얼음 구름은 감지되지 않았다. 이러한 불일치는 물의 강우로 설명되며, 물은 상층 대기에서 입자로 응축되어 빠르게 하층 대기로 가라앉는다. 구름은 상승 혼합이 있을 때만 형성된다. 유사한 과정이 L- 및 T-왜성의 알칼리 금속에 존재한다. 직접적인 강우는 약한 혼합을 시사하지만 불균형 화학은 엄격한 혼합을 시사한다. 향후 가변 연구를 통해 상승 혼합 또는 침전이 지배적인 과정인지 확인할 수 있다. 그러나 구름 모델은 잠재적으로 깊은 인산이수소암모늄 (NH₄)(H₂PO₄) 구름을 감지했다.

관측에서는 또한 WISE 0855에서 처음으로 ¹⁵NH₃을 감지했다. 대기는 ¹⁴NH₃/¹⁵NH₃ 질량 분율을 가지며, 약 99.7% ¹⁴N과 약 0.3% ¹⁵N을 갖는다는 것을 의미한다. WISE 1828의 비율과 비교할 때 WISE 0855의 대기는 ¹⁵N이 풍부하다. 질소 동위원소 비율은 오늘날의 ¹⁵N이 풍부한 성간 매질에 더 가깝다. 이는 WISE 0855가 더 어린 구름에서 형성되었음을 의미할 수 있지만 진화 추세를 확립하려면 다른 갈색 왜성에서 ¹⁵N의 더 많은 측정이 필요하다. 2024년 11월, 한 팀은 보관된 새로운 NIRSpec 데이터를 사용하여 중수소화된 메탄 (CH₃D)과 약 10억 분율의 PH₃를 WISE 0855에서 감지했다. 중수소의 이러한 감지는 WISE 0855가 중수소 연소 한계 미만의 질량을 가짐을 보여주었다. 반면에 소량의 PH₃는 예측과 일치하지 않아 인 화학에 대한 지식이 불완전함을 보여준다.

3.3. 물리적 특징

WISE 0855−0714의 질량과 나이는 확실하게 알려져 있지 않지만, 현재 온도를 통해 추정할 수 있다. 질량이 낮을수록 냉각 속도가 빨라져 나이가 젊어지고, 질량이 높을수록 냉각 속도가 느려져 나이가 많아진다. 10억 년에서 100억 년 사이의 나이를 가정하면, 갈색 왜성의 진화 모델에 따르면 WISE 0855−0714는 목성 질량의 3 ~ 10배 사이의 질량을 가져야 한다. 이 질량은 준갈색 왜성 또는 행성 질량 천체의 범위에 있다.

광도, 거리, 질량을 결합하여 모델링된 유효 온도는 225 에서 260로, 알려진 가장 차가운 갈색 왜성으로 추정된다. NIRSpec 스펙트럼과 일치하는 모델은 285의 온도로 잘 맞춰진다.

2003년 기준으로 국제천문연맹은 목성 질량의 13배 이상의 질량을 가진 물체가 중수소를 융합할 수 있다면 갈색 왜성으로 간주한다. 더 가벼운 물체와 다른 물체를 공전하는 물체는 행성으로 간주된다. 그러나, 물체가 어떻게 형성되었는지를 기준으로 구별한다면 Cha 110913-773444의 경우처럼 실패한 별로 간주될 수 있다.

WISE 0855−0714는 질량이 갈색 왜성의 하한보다 작고, 단독으로 존재하기 때문에 자유 부동 행성일 가능성도 있지만, 발견자 그룹은 행성 질량 갈색 왜성일 가능성이 더 높다고 보고 있다.

3.4. 변광성

스피처 우주 망원경을 사용하여 WISE 0855의 적외선 변동성을 측정했다. 4~5%의 비교적 작은 진폭이 측정되었다. 물 얼음 구름 모델은 큰 진폭을 예측했다. 이 작은 진폭은 WISE 0855의 반구가 구름 분포에 있어서 매우 작은 편차를 가지고 있다는 것을 시사할 수 있다. 광도 곡선은 적합성을 보장하기에는 너무 불규칙하며, 9.7시간에서 14시간 사이의 회전 주기가 측정되었다.

4. 갤러리

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