최근 수정 시각 : 2019-02-23 01:37:28

적색왜성

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저질량 항성의 생애
적색왜성청색왜성

파일:attachment/800px-RedDwarfNASA.jpg

1. 개요2. 특징3. 외계 행성의 모항성 - 생물의 존재?
3.1. 생명체 서식을 불리하게 만드는 조건들
3.1.1. 조석 고정3.1.2. 가시광선의 부족3.1.3. 폭발적인 플레어와 불규칙한 밝기
3.2. 생명체 서식이 가능한 경우의 수3.3. 결론
4. 나무위키에 등록된 적색왜성 목록

1. 개요

Kurzgesagt – In a Nutshell의 적색왜성 소개 영상.

적색왜성(赤色矮星, red dwarf)태양의 7.5%에서 50% 정도의 질량을 지닌 주계열성을 부르는 말이다. 헤르츠스프룽-러셀 도표에 따르면 적색왜성의 스펙트럼형은 어두운 K형으로부터 M형까지이며, 표면온도는 3800켈빈을 넘지 않는다. 우주에 있는 별들의 약 90퍼센트 정도가 적색왜성인 것으로 알려져 있다.

2. 특징

분광형으로 분류하면 M형 항성이고 질량이 작아 표면 온도가 낮다. 그리고 항성들의 70% 이상이 적색왜성이다. 참고로, 주계열성황색 주계열성에 들어가는 태양은 상위 1%안에 들어가는 별이다. 태양보다 더 무거운 백색, 청색 별들은 훨씬 희귀하다.

일단은 항성으로 분류되기 때문에 질량의 하한은 항성의 조건을 충족시키기 위해 필요한 태양의 7.5%이다. 이보다 질량이 낮으면 갈색왜성으로 분류된다. 질량의 상한은 태양 질량의 46% 이하[1][2]이다. 이런 항성은 내부의 수소핵융합 반응으로 헬륨으로 바꿈으로서 을 발하지만 중수소가 아닌 경수소를 태우는 항성이어야 하며 이런 점에서 갈색왜성과 구별된다.

항성 내부가 온도에 비해 밀도가 높은 상태이기 때문에 표면까지 광자복사하기가 어려워지며 복사 대신 대류작용으로 표면까지 에너지를 전달한다. 핵융합 과정에서 헬륨이나 기타 무거운 원소가 중심핵에 축적되지 않아 상대적으로 수소를 천천히 사용하여 그 수명이 질량이 큰 별들보다 길다. 질량이 비교적 큰 적색왜성이라면 800억년, 질량이 작은 경우 17조 5000억년까지 버틸 수가 있다. 거의 영원과 같은 삶을 사는 별들인 것이다.

적색왜성은 질량에 따라 그 최후가 다르다. 우선 최종단계에서 질량이 큰 편에 속하는 별들은 부피를 부풀려서 거성이 된다. 그래도 우리 태양과 같은 별처럼 커지지는 않고 태양 지름의 5배~10배 까지만 커진다. 태양의 16~23% 사이의 별들은 거성으로 살짝 부풀었다가 질량 방출 후 청색왜성으로 된다.

질량이 태양의 16% 이하인 별들은 거성이 되지 않고 표면적 모습만 바뀐다. 즉 이러한 별들은 청색왜성이라고 해서 수소를 다 소진하고 헬륨을 쓰게 되면 다른 항성들과 달리 부피 대신 표면 온도만 올려서 에너지 방출 속도를 늘리는 말년의 모습이 될 것인데, 태양 질량의 16% 이하인 별들의 청색왜성을 관측하려면 현 우주의 나이의 150배인 2조년을 기다려야 된다.

가장 무거운 종류의 적색왜성도 수명이 우주의 나이보다 길기 때문에 현재까지 적색 왜성의 진화한 형태나, 죽어가는 형태를 발견한 사례는 없다. 다양한 질량의 별들이 한데 모여 형성되는 항성집단에서 질량이 큰 별들은 먼저 진화하여 사라지거나 어두운 밀집성이 되어버리기 때문에 은하의 나이가 많을수록 적색 왜성의 비율은 증가한다. 우리 은하에서도 나이가 100억 년은 가볍게 넘기는 적색 왜성들이 지천으로 널려 있다. 하지만 이들 적색 왜성들 중에서도 빅뱅이후 최초로 탄생한 항성, 즉 종족 3 항성은 발견되지 않고 있다. 즉, 현존하는 적색 왜성들은 먼저 탄생했던 1세대 별들이 죽고 난 뒤의 잔해를 물려받은 2세대 별들이다. 적색 왜성의 수명을 생각하면 있을 법도 한 1세대 항성들이 우리 은하에서 보이지 않는 이유는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.

에너지를 적게 사용하는 만큼 전체적으로 중심부의 온도가 낮아서 핵융합의 속도가 느리기 때문에 다른 주계열성 이상의 별들보다 상대적으로 약한 빛을 발산한다.(태양 질량의 8%의 적색왜성의 중심 온도는 450만K이며 압력도 태양의 13분의 1밖에 되지 않기 때문에 연료를 매우 천천히 태운다.) 적색왜성 중 어떤 별의 광도는 태양의 1만 분의 1밖에 되지 않는 경우도 있고 가장 밝은 적색왜성조차도 태양 밝기의 10% 수준에 불과하다.[3] 지구에서 가장 가까운 별이자 적색왜성인 프록시마 센타우리조차도 실시등급이 맨눈으로 볼 수 없는 수준을 한참 넘어서는 11등급에 불과하다. 대부분의 에너지는 적외선 영역에서 방출되기 때문에 적외선 망원경을 사용하여 주로 관측한다.

3. 외계 행성의 모항성 - 생물의 존재?

이런 항성을 모항성으로 두는 외계 행성에 생명체가 있을 것이냐는 여러가지로 논쟁거리이다. 다만 일반적으로 보면 현재의 견해는 부정적 의견이 다수이긴 하다.

3.1. 생명체 서식을 불리하게 만드는 조건들

3.1.1. 조석 고정

조석 고정이란 모항성이나 모행성을 공전하는 천체의 공전과 자전이 중력작용으로 일치하여 이 천체가 모항성이나 모행성쪽으로 한쪽 면만을 향하는 현상이다. 이는 지구-달 의 관계 와 같다. [4] 모항성과 행성 간에 조석 고정이 발생할 경우 한쪽은 영원히 밤이고 나머지 한쪽은 영원히 낮이 되게 된다.

적색왜성의 경우, 가시광선의 양이 적어 골디락스 존이 태양보다 훨씬 가깝기 때문에 골디락스 존에 위치하게 되면 필연적으로 조석고정이 발생하게 된다. 다시 말해 지구와 비슷한 온도 조건, 생물권 설정을 위해서는 태양계로 따지면 태양수성간의 거리나 그보다 가까운 거리가 필요하기 때문에 조석력에 의해 한쪽이 영원히 낮이 되고 반대편은 영원한 밤의 세계가 되는 것이다. 문제는 이렇게 될 경우 생명체의 정상적인 생존은 어려워진다. 극심한 온도차로 인한 행성 규모의 폭풍이 하루종일 몰아치거나, 한쪽은 불지옥 반대쪽은 얼음지옥으로 완전히 나눠져 있는 환경에서 생명체가 발생하고 지속하는 것을 기대하기는 어렵기 때문이다. 하지만 거대한 바다가 있다면 상황은 달라질 수 있다.

3.1.2. 가시광선의 부족

또 지구상의 식물은 태양의 가시광선 내에서 광합성을 하기 적합한 조건인데, 적색왜성들은 이름 그대로 적외선 영역의 빛이 많기 때문에 지구와 같은 식물이 자라기도 부적합하다. 지구상의 식물들은 이러한 조건에서는 생존이 불가능하다.

3.1.3. 폭발적인 플레어와 불규칙한 밝기

거기에 적색왜성들은 폭발적인 자기장을 생성하며 흑점도 많다. 여기에서 흑점이 많다는 것에서 알 수 있듯 항성 플레어가 태양보다 강한데 특히 작은 질량의 적색왜성에서 두드러지게 나타난다.[5] 플레어는 항성의 밝기를 40~60%까지 증가시키므로 이로 인한 온도 차이가 엄청나며 생물이 산다 하더라도 다 죽게 될 것이다. 당장 지구와 금성에서 보는 태양의 밝기 차이는 1.9배 차이이므로 적색왜성의 플레어의 위력이 얼마나 큰지 짐작을 할 수 있다. 또한 플레어의 일부는 온도가 2천만K까지 올라가는데(밀도는 매우 낮아서 문제는 없지만) 적색왜성은 흑점 폭발로 인해 자신의 원래 밝기보다 40~60%나 더 밝아지는 것으로므로 이 정도로도 엄청난 양의 해로운 X선을 방출하여 순식간에 생명체를 전멸시킬 수도 있다. 지구의 원자력 발전소가 파괴되어 방출된 방사능은 아무것도 아니라는 뜻이며, 1분만에 2000Sv이상 노출된다는 뜻이다. 이 정도의 방사능이면 자기그릇의 색도 변색시킨다.

질량이 큰 적색왜성일수록 플레어의 위력이 약해진다. 질량이 작아질수록 플레어의 위력이 세진다. 자신의 원래 밝기보다 가장 플레어가 쎈 질량대의 적색왜성은 태양의 7.5%~16% 사이이다. 이는 밀도와 자전속도에 비례한다. 항성 표면의 밀도가 높아질수록 자기력선이 많이 꼬여 더 큰 플레어가 형성된다.

3.2. 생명체 서식이 가능한 경우의 수

일단 수가 엄청나게 많은데다 생명체 서식이 중성자별이나 블랙홀처럼 도저히 불가능한 수준은 아니여서 많은 연구들이 진행되고 있다. 이들이 차지하는 비율이 우주의 90% 이상이라서 M형 주계열성인 적색왜성을 제외한 나머지 종류의 주계열성이나 갈색왜성[6] 정도만 생명체 서식이 가능한데 이는 거의 우주에는 우리밖에 없다는 것과 비슷하기 때문이다. 태양 정도의 질량을 가진 주계열성은 우주에서 1%밖에 되지 않는다.

최근 연구들에 따르면 적외선이나 조석고정은 행성에서의 자제적인 대류순환을 통해 어느 정도 상쇄할 수 있지 않냐는 의견도 있으며, 행성의 자체 자기장을 통해서도 가능한 부분이 있다. 다만 적색왜성 내의 행성이 지구 정도의 자기장 위력을 낼 수 있는지는 아직 명확하지 않다.

또한 최대 수명은 수조년에 육박할 것으로 보이는데, 이런 긴 수명은 고등생명체가 나오는데 오랜 시간이 걸린 점을 생각해본다면 확실히 유리한 점이다. 2018년 현재 수명이 다한 적색왜성은 우주 탄생 이래 하나도 없다. 물론 태양이 적색거성이 되어 지구가 멸망할때도 수명이 다하는 적색왜성은 없다.

3.3. 결론

적색왜성 특징을 보면 사실 생명체가 서식하기에는 쉽지 않다. 태양이 아무리 고등생명체가 살기 좋은 환경을 조성해줬다고 하나, 지구와 같은 골디락스 존에 있는 금성과 화성[7]은 아무것도 남지 않은 것처럼, 항성조건까지 불리한 적색왜성에서의 생명체 서식을 논하는건 불가능할지도 모른다.[8]
그렇다고 해도, 적색왜성은 매우 흔하기 때문에 과학자들이 적색왜성계의 생명에 대해 연구 중이다. 반드시 지구생명체와 같은 조건을 가져야 생명체가 존재할 수 있다는 가정[9]이 틀릴 수도[10] 있고, 행성이 저런 조건을 상쇄시켜 유리한 조건을 만들 수도 있다.

또한, 만약 저 환경이 오히려 유리하게 작용한다면 오히려 긴 수명 덕분에 번식이 유리해질 수도 있을 것이다.

4. 나무위키에 등록된 적색왜성 목록


[1] 46%에서 87%는 K형 주계열성, 혹은 오렌지색 왜성이라고 한다. 이들의 표면온도는 보통 3,900~5,200K, 광도는 태양의 0.1~0.5배 정도 된다. 잘 알려져 있는 K형 주계열성은 알파 센타우리 B, 인디언자리 엡실론 등이 있다.[2] 질량과 광도가 태양보다 작기 때문에 더 오랜 시간(약 150~300억 년)동안 주계열 상태에 머무른다. 그러나 이들의 생명체 거주 가능 영역은 태양에 비해 항성에 보다 가깝고, 폭도 훨씬 좁다.[3] 이렇게 적색왜성이 어둡기 때문에 발견되지 않은 태양의 쌍성이 있다는 네메시스 가설이 존재한다. 다만 가능성은 희박한편.[4] 달은 항상 앞면이 지구를 향하고 있고 뒷면은 지구를 향하는 일이 없기 때문에 인류는 우주 탐사선을 쏘아올리기 전까지는 달의 뒷면을 볼 길이 없었다.[5] 실제로 플레어가 강한 섬광성들은 적색왜성들이 많다고 한다.[6] 갈색왜성은 가시광선이 거의 없어서 적색왜성보다 더 불리하긴 하다.[7] 금성은 골디락스 존의 시작점에, 화성은 끝부분에, 지구는 한가운데 있다.[8] 사실 골디락스 존 내에 위치했다고 모두 지구처럼 좋은 환경이 되지는 않는다. 지구는 운이 아주 좋은경우에 속하며 금성은 아마도 거대한 충돌때문에 자전축이 망가져서 아주 느린(1년보다 하루가 더 길다.) 역방향자전이 생성되어 자기장이 다 날아가 버리고 대기균형이 깨졌지만 같은 거대한 충돌을 한 지구는 그 충돌체가 달이 되어 지구의 자전축과 자기장을 유지시켜 주는 복덩어리가 되었고 화성은 아예 동강이 나서 결국 지금처럼 되었다는 주장을 하는 이들도 있다.[9] 재미있기도 어이없기도 한 사실이 지구 생명체의 대부분이 호흡에 필요로 하는 산소는 사실은 독극물과 다름없는 강력한 산화제이다.[10] Sci-Fi 소설에선 탄소 대신에 규소로 이루어진 생명체도 상상되었다.

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