쌍성 중에서 관측자의 시선방향과 두 별의 공전면이 거의 일치할 경우에 두 별이 서로 식(eclipse)을 일으키며 밝기가 주기적으로 변하는 항성계를 식쌍성이라고 한다. 같은 원리로 행성이 별의 표면을 가로질러 횡단하면서 별빛을 가려 어두워지는 경우가 있는데, 이러한 방법에 의해 발견된 행성을 transit 행성이라고 한다. Transit 행성은 질량비가 매우 작은 쌍성계 (태양-목성의 경우 약 0.001)로 생각할 수 있기 때문에, 식쌍성의 분석방법을 이 행성계를 이해하기 위한 도구로 사용할 수 있다. 식쌍성 연구는 이전에 주류를 이루었던 질량, 반경, 광도 등과 같은 천문학적 기본변수의 결정연구에서 보다 정밀한 다파장 관측에 의한 특이현상의 검출과 분석 연구로 점차 변화해 가고 있다. 이 연구에서는 근접쌍성계의 여러 특이현상 중에서 광도와 궤도 공전주기 변화를 보이는 쌍성들의 최근 연구결과를 제시하고자 한다. 이와 더불어, 식쌍성의 분석방법을 활용한 쌍성계 주위를 공전하는 외계행성계 (circumbinary planetary system)의 탐색 및 transit 행성계의 물리량 도출에 대하여 논의하고자 한다.
우리는 밝기(측광)나 스펙트럼(분광) 관측 자료가 시간에 따라 변하는 변광천체(variable objects)의 시간적 변화 현상을 분석하여 우주의 기본 구성요소인 별뿐만 아니라, 외계행성의 물리적 특성을 규명할 수 있다. 이 천체 중에서 두 개의 별이 중력으로 묶여 서로 공전하면서 주기적으로 식을 일으키며 밝기가 변하는 항성계를 식쌍성이라 하고, 같은 원리로 행성이 별의 표면을 가로질러 횡단하면서 별빛을 가려 어두워지는 방법에 의해 발견된 행성을 별표면 통과 행성(transiting planets)이라고 한다. 쌍성 연구는 이전에 주류를 이루었던 천문학적 기본변수(별의 질량, 반경, 밝기 등)의 결정 연구에서 보다 정밀한 다파장 관측에 의한 천문학적 특이현상의 검출과 분석 연구로 점차 변화해 가고 있다. 이 강연에서는 근접쌍성계의 여러 특이현상 중에서 광도와 궤도공전주기 변화를 보이는 식쌍성들의 최근 연구결과를 제시하고자 한다. 이와 더불어, 쌍성의 분석방법을 활용한 쌍성계 주위를 공전하는 외계행성계(circumbinary planets)의 최초 발견 및 별표면 통과 행성의 물리적 특성에 대하여 논의하고자 한다.
중성자별을 포함하는 이중성인 EXO 0331+350을 가시광선 및 자외선으로 관측하였다. EXO 0331+350은 전형적인 Be/X-선 이중성인 것처럼 보이지만 특이하게도 공전 주기상의 근일점 마다 매우 밝아지는 다른 Be/X-선 이중성들과는 확연히 다르게 밝아지는 시기가 매우 불규칙하다. 따라서 그 물리적인 기작을 연구하기 위해서는 오랜 기간의 모니터링이 필수적이다.
GT0236+618은 고중력 천체와 B0형별이 짝을 이루는 근접 쌍성계이다. 약 한 달을 주기로 공전함에 따라 그 밝기가 변하는데, 일반적으로는 두 별의 근일점 근처에서 많이 밝아지지만, 그 변화는 아주 규칙적이지는 않다. 예상외로 갑자기 더 많이 밝아지는 때가 각각 다른 이유는 잘 알려져 있지 않다. 고중력 천체의 정체도 동정되지 않은 상태이다. 가시광선 및 적외선을 이용한 GT0236+618의 최근 관측 연구를 소개하고자 한다.
1RXS J082513.1+730634는 적색왜성과 축퇴된 별인 백색왜성으로 되어있는 근접쌍성계로서, 광학 망원경 및 적외선 카메라를 이용하여 관측을 수행하였다. 보통 전형적인 격변광성들은 수 일에서 수 주간 몇 등급씩 밝아졌다가 한동안 어두워져 휴지기에 머물게 된다. 반면에 1RXS J082513.1+730634는 밝아진 후 몇 달씩이나 계속 그 상태를 유지하곤 하는 일종의 정체현상을 보이는 매우 특이한 밝기 변화를 보이는데, 그 원인은 아직 정확히 규명되어 있지 않다.
외뿔소자리 신성 1975는 발견 당시에는 백색왜성과 적색왜성의 근접쌍성계인 것으로 알려졌으나, 엑스선 관측과 그에 따른 표준 정류 상태 원반 모형에 근거한 해석으로 중성자별 또는 블랙홀의 가능성이 대두되었다. 곧이어, 광학관측에 의하여 블랙홀 이중성임이 간접적으로 동정되었다. 최근 들어 1975젼 당시의 많지 않은 전파 관측 자료들을 재해석하여 상대론적인 물질 분출 현상, 즉 마이크로퀘이사 현상이 있었을 가능성이 관측적으로 제시되었다. 우리는 시간 종속적 열적 불안정성 모형을 바탕으로 수치모형을 계산하여 관측적으로 제시된 물질분출의 가능성을 이론적으로도 제시할 수 있음을 보인다
UBV light curves of an early type close binary AQ Cas are made with the observations obtained at Yonsei University from 1982 to 1989. Light losses in U are shown at the phase around 0.55 and 0.90 which might be produced by the stream of mass transfer. Four times of minimum light derived from our observations. With the collected minima including ours, new light elements are determined. Phtometric solution with B and V light curves is made by using Wilson-Devinney codes.
별의 생성단계나 황혼기에는 성간운에 둘러싸여 있어 그 중심부에 별이 쌍을 이루고 있는지를 관측하기가 쉽지 않다. 항성계 통계 조사는 주로 별의 진화단계 상 장년기에 해당하는 주계열에서 이루어졌는데, 그 결과로 전체 항성계의 절반은 쌍성계 혹은 다성계임이 알려져있다. 한편, 대표적인 황혼기 현상인 행성상성운은 늙은 별 주변물질이 마지막 별빛을 받아 밝게 빛나는 것으로, 같은 종류의 천체 현상이라 믿기 어려울만큼 복잡다양한 모습들을 띄고 있다. 이와 같은 다양한 성운의 형태는 그 중심부 별이 하나 뿐일 경우로는 설명하기가 어렵다. 따라서 늙은 별 연구 커뮤니티는 최근 수 십년간 행성상성운을 바라보는 주 관점을 쌍성계로 돌리고 있다. 특히, 많은 행성상성운의 외각부분에 반복되는 고리 모양 구조(3차원으로는 나선구각구조)가 발견이 되었는데, 이를 분석하면 행성상성운에 이르기까지의 시기에 중심부 쌍성이 어떤 궤도운동을 해왔는지를 알아낼 수 있을 것으로 예상하고, 이론 및 관측으로 그 실효성을 따져보고 있다. 늙은별의 동반성을 직접 관측하고 그 궤도요소를 알아내는 것이 어려운 이유를 살펴보고, 나선구각구조를 이용함으로써 밝혀낼 수 있는 동반성의 범주를 알아본다.
상호작용 하는 쌍성계의 진화과정 중 질량이동에 의한 궤도 변화에는 아직 풀리지 않은 수수께끼가 남아있다. 예를 들면 바륨별 (Ba Star)의 경우, 관측된 궤도 이심률은 평균 0.2, 1000일 단위의 주기를 보여주고 있다. Population Synthesis시뮬레이션으로 이를 재현할 경우 관측된 궤도 성질을 맞추지 못하거나, 바륨별의 형성 개수를 맞추지 못하는 문제점이 있다. 비슷한 문제가 청색낙오성 (Blue Straggler Star)의 시뮬레이션 결과에서도 나타나고 있는데, 이 문제의 핵심은 Roche Lobe Over Flow (RLOF)를 통한 질량 이동이 결과적으로 Common Envelope (CE)으로 이어지기 때문에 각운동량을 크게 잃게 되어 궤도가 원형화 되기 때문인 것으로 판명이 되었다. 따라서 이번 연구에서는 RLOF를 통한 질량이동 중 CE 과정을 효과적으로 피해갈 수 있는 질량이동 과정을 제안하고, 이를 시뮬레이션에 적용하여 관측자료를 설명할 것이다. 최종적으로는, 위의 질량이동 과정을 오픈 소스 항성진화 프로그램인 MESA에 포함시켜, 쌍성계 궤도와 그 별들의 표면 원소 분포 사이의 상관관계를 정량적으로 설명하려고 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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