WISE 0855−0714

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1. 개요
2. 발견
3. 특징
4. 갤러리
참조

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.

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WISE 0855−0714
기본 정보
제임스 웹 우주 망원경으로 촬영한 WISE 0855−0714의 시간 경과 사진 시퀀스
위치	우미뱀자리
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

2. 발견

WISE 0855−0714는 2010년 5월 4일, 전천을 관측하는 주 임무를 수행하던 와이즈 우주 망원경(WISE telescope)에 의해 처음으로 촬영되었다.^[7] 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.^[5]^[6]

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.^[6]^[7] 이 천체의 발견은 2014년 4월, NASA의 보도 자료를 통해 발표되었다.^[6]

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.^[6] 온도는 225,000에서 260,000 사이로 매우 낮아^[6] 광도가 매우 낮고 주로 적외선을 방출한다.^[6] 따라서 제임스 웹 우주 망원경(JWST)과 같은 적외선 망원경으로 관측하는 것이 가장 좋다.^[18]

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.^[6]

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.^[7] 갈색 왜성의 진화 모델에 따르면 WISE 0855−0714는 목성 질량의 3 ~ 10배 사이의 질량을 가져야 한다.^[6]^[7]

국제천문연맹은 목성 질량의 13배 이상의 질량을 가진 물체가 중수소를 융합할 수 있다면 갈색 왜성으로 간주한다.^[8] 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.^[14]

3. 1. 거리 및 고유 운동

직접 관측에 따르면 WISE 0855−0714는 의 큰 시차를 가지고 있으며, 이는 약 ()의 거리에 해당한다.^[17] 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,^[17] 이는 버나드 별 ()과 카프테인 별 () 다음으로 세 번째로 높은 값이다.^[7] 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.^[14] 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.^[14]^[16]

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.^[18] 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.^[3] 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.^[19]

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.^[7] 10억 년에서 100억 년 사이의 나이를 가정하면, 갈색 왜성의 진화 모델에 따르면 WISE 0855−0714는 목성 질량의 3 ~ 10배 사이의 질량을 가져야 한다.^[6]^[7] 이 질량은 준갈색 왜성 또는 행성 질량 천체의 범위에 있다.

광도, 거리, 질량을 결합하여 모델링된 유효 온도는 에서 로, 알려진 가장 차가운 갈색 왜성으로 추정된다.^[6] NIRSpec 스펙트럼과 일치하는 모델은 의 온도로 잘 맞춰진다.^[18]

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.^[8] 그러나, 물체가 어떻게 형성되었는지를 기준으로 구별한다면 Cha 110913-773444의 경우처럼 실패한 별로 간주될 수 있다.^[9]

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.^[14]

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.^[15]

4. 갤러리

참조

_[1] 웹사이트 A Modern Mean Dwarf Stellar Color and Effective Temperature Sequence http://www.pas.roche[...] 2021-02-07
_[2] 논문 Water Ice Clouds and Weather on the Coldest Brown Dwarf https://ui.adsabs.ha[...] 2021-03-01
_[3] arXiv Water depletion and 15NH3 in the atmosphere of the coldest brown dwarf observed with JWST/MIRI 2024-10-14
_[4] simbad WISEA J085510.74-071442.5 2017-05-15
_[5] 논문 A Search for a Distant Companion to the Sun with the Wide-field Infrared Survey Explorer 2014-01
_[6] 뉴스 NASA's Spitzer and WISE Telescopes Find Close, Cold Neighbor of Sun http://www.nasa.gov/[...] 2014-04-25
_[7] 논문 Discovery of a ~250 K Brown Dwarf at 2 pc from the Sun 2014-05
_[8] 웹사이트 Working Group on Extrasolar Planets: Definition of a "Planet" http://home.dtm.ciw.[...] Working Group on Extrasolar Planets of the International Astronomical Union 2003-02-28
_[9] 뉴스 Between the Planet and the Star: A New Ultra-Cold, Sub-Stellar Object Discovered Close to Sun http://www.americasp[...] 2014-04-28
_[10] 논문 Indications of Water Clouds in the Coldest Known Brown Dwarf 2016-09
_[11] 논문 The Fifth Catalogue of Nearby Stars (CNS5) 2022-11
_[12] 논문 The Collapse of the Wien Tail in the Coldest Brown Dwarf? Hubble Space Telescope Near-infrared Photometry of WISE J085510.83-071442.5 2016-06
_[13] 논문 Near-infrared photometry of WISE J085510.74-071442.5 2016-08
_[14] 논문 The First Spectrum of the Coldest Brown Dwarf 2016-08
_[15] 논문 Photometric Monitoring of the Coldest Known Brown Dwarf with the Spitzer Space Telescope 2016-11
_[16] 논문 An L Band Spectrum of the Coldest Brown Dwarf 2018-05
_[17] 논문 The Field Substellar Mass Function Based on the Full-sky 20 pc Census of 525 L, T, and Y Dwarfs 2021-03
_[18] 논문 JWST/NIRSpec Observations of the Coldest Known Brown Dwarf 2024-01
_[19] arXiv Protosolar D-to-H abundance and one part-per-billion PH₃ in the coldest brown dwarf 2024-11-21
_[20] 문서 出典での表記は、 $\log g [\mbox{cgs}] = 3.5 - 4.3$
_[21] 웹사이트 WISEA J085510.74-071442.5 -- Brown Dwarf (M<0.08solMass) https://simbad.u-str[...] CDS 2017-12-26
_[22] 간행물 Discovery of a ~250 K Brown Dwarf at 2 pc from the Sun 2014-04-21
_[23] 간행물 The Spectral Energy Distribution of the Coldest Known Brown Dwarf 2016-09
_[24] 간행물 The Y-type Brown Dwarfs: Estimates of Mass and Age from New Astrometry, Homogenized Photometry, and Near-infrared Spectroscopy 2017-06
_[25] 간행물 Temperature constraints on the coldest brown dwarf known: WISE 0855-0714 2014-10
_[26] 웹사이트 7光年彼方に氷点下の褐色矮星 https://www.astroart[...] AstroArts 2017-12-26
_[27] 뉴스 NASA's Spitzer and WISE Telescopes Find Close, Cold Neighbor of Sun http://www.nasa.gov/[...] NASA 2014-04-25
_[28] 간행물 The Collapse of the Wien Tail in the Coldest Brown Dwarf? Hubble Space Telescope Near-infrared Photometry of WISE J085510.83-071442.5 2016-06
_[29] 간행물 Indications of Water Clouds in the Coldest Known Brown Dwarf 2014-09
_[30] 간행물 The First Spectrum of the Coldest Brown Dwarf 2016-08
_[31] 간행물 Photometric Monitoring of the Coldest Known Brown Dwarf with the Spitzer Space Telescope 2016-11
_[32] 웹사이트 Working Group on Extrasolar Planets: Definition of a "Planet" http://home.dtm.ciw.[...] Working Group on Extrasolar Planets of the International Astronomical Union 2003-02-28

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