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- 천체지진학적 연대 측정은 최대 3억 년까지 차이
- 태양의 나이는 주로 태양계에서 가장 오래된 광물의 연대를 측정하여 결정
- 측정 시간에 따라 결정된 태양 나이는 최대 6.5%까지 달라
- 천문학은 항성 자기장의 영향을 포함하도록 일반적인 천체지진학 모델을 조정해야

우리 태양은 몇 살일까?

천체지진학적 연대 측정은 최대 3억 년까지 차이가 ​​난다.

변동하는 나이:
태양과 다른 별의 나이를 결정하는 것은 예상보다 어렵다. 천문학자들은 천체지진학을 사용해 결정된 태양 나이가 태양 주기에 따라 변동하므로 측정 시기에 따라 약 3억 년 정도 편차가 난다는 사실을 발견했다. 더 활동적인 다른 별의 경우 편차가 훨씬 더 높을 수 있으며 태양과 달리 나이를 결정하는 대체 방법이 없는 경우가 많다. 

▲ 다른 많은 별의 경우처럼 우리가 성진학적인 방법만을 사용하여 태양의 연대를 측정해야 한다면 꽤 자주 틀릴 것이다. © NASA/ESA, SOHO

별이 몇 살인지 어떻게 알 수 있나요? 태양의 경우 이를 위해 천문학적 기술을 사용할 필요조차 없다. 태양의 나이는 주로 태양계에서 가장 오래된 광물의 연대를 측정하여 결정되었다. 예를 들어 운석이나 포획된 행성 간 먼지에서 발견된다. 왜냐하면 이 광물 알갱이들은 우리의 고향 별과 거의 동시에 동일한 원시 구름에서 형성되었기 때문이다.

측정 보조 수단으로서의 항성 진동

다른 별의 경우에는 이것이 더 어렵다. 화학적 조성, 온도 및 광도가 초기 단서를 제공한다. 천문학자들은 더욱 정확한 연대측정을 위해 천체지진학에 의존한다. 별빛의 미묘하고 주기적인 진동이 평가된다. “별을 끊임없이 움직이는 큰 가스 ​​공으로 상상해야 한다. 그 내부에는 진동을 일으키는 해류와 파도가 있다”고 제네바 대학의 제1저자 Jérôme Bétrisey가 설명했다.

이러한 진동은 별의 질량과 구조뿐만 아니라 나이에도 따라 달라진다. “성진학(星震學, astroseismology)을 이용하면 다른 표준 기술로는 달성할 수 없는 정밀도로 개별 별의 주요 매개변수를 결정할 수 있다”고 Bétrisey와 그의 동료들은 설명했다. 특수 모델을 사용하면 별의 진동 빈도와 유형을 통해 별의 특성을 결정할 수 있다. 이 모델은 또한 항성 진동에 영향을 미치는 몇 가지 교란 효과도 고려한다.
(星震學, astroseismology: 항성은 그 고유의 진동을 하고 있으므로 지진학와 동일한 수법에 의해 진동으로부터 항성의 내부를 진단하는 학문) 

▲ 태양과 다른 별의 표면은 내부의 다양한 플라즈마 흐름으로 인해 진동한다. 이를 통해 별의 나이와 특성에 대한 결론을 도출할 수 있다. © NASA

태양주기는 어떤 역할을 할까?

그러나 한 가지 요인은 지금까지 크게 눈에 띄지 않았다. 바로 항성 자기장이다. 우리는 태양 주기에 따라 자기장이 변한다는 것을 태양으로부터 알고 있다. 자기 강도뿐만 아니라 극성에도 변화가 있다. 지금까지 이것은 천체지진학적 모델에서 고려되지 않았다. Bétrisey와 그의 동료들이 설명했듯이 이것은 무시할 수 있는 것으로 간주되었다.

천문학자들은 이제 이것이 실제로 사실인지 확인했다. 이를 위해 그들은 두 개의 태양 관측소(우주 관측소와 지구 관측소)에서 기록한 26년 전의 두 개의 천체지진학 데이터 시계열을 평가했다. 따라서 데이터 시리즈는 두 번의 완전한 태양주기를 다루었다. 그런 다음 연구원들은 공통 모델을 사용하여 각각 3개월 간격으로 95개 시점에서 태양 지진 태양 나이를 결정했다.

최대 6.5%의 연령 편차
놀라운 결과는 태양의 연대 측정이 예상보다 많이 변동했다는 것이다. 측정 시간에 따라 결정된 태양 나이는 최대 6.5%까지 달랐다. 약 46억 년 나이의 태양은 측정 시기에 따라 때로는 3억 년 더 오래될 수도 있고, 때로는 더 젊어질 수도 있다. Bétrisey와 그의 동료들은 “성체지진학이 요구하는 정확성을 고려할 때 이는 매우 중요한 일이다”고 말했다.

그 이유는 의심되는 바와 같이 태양 주기 동안 태양 자기장의 변화 때문이다. 태양 활동이 최대에 가까워질 때마다 태양 자기장의 강도가 증가하고 항성 진동에도 영향을 미친다. 결과적으로 일반 모델에서는 이 기간 연령이 더 높아질 것으로 추정한다. 그러나 태양 극소기에 가까우면 천체진동학적 연대 측정 결과 값이 낮아진다.

▲ 태양의 활동 주기와 그에 따른 자기장의 변화는 천체지진학적 측정을 왜곡할 수 있다. © NASA

낯선 별이라면 더욱 중요하다.

이 효과는 먼 별의 나이 결정을 크게 왜곡할 수 있다. “이러한 관측은 일반적으로 항성 활동 주기의 일부만 다루고 시계열은 너무 짧아서 자기장의 영향을 평균화할 수 없다”고 천문학자들은 설명한다. 게다가, 태양은 상대적으로 조용하고 활동이 없는 별이다. 다른 별들의 활동은 훨씬 더 많이 변동한다. "이 별들의 경우 자기 활동의 영향이 훨씬 더 클 수 있다"고 Bétrisey는 말했다.

이는 다음을 의미한다. 이제 천문학은 항성 자기장의 영향을 포함하도록 일반적인 천체지진학 모델을 조정해야 한다. 동시에, 팀이 설명하는 것처럼 별의 현재 주기 단계를 더 잘 추정하기 위한 방법도 필요하다. 천문학자들은 “자기 활동에 대한 강력한 항성 매개변수를 포착하는 것이 시급하다”고 썼다.​
별의 연대측정은 외계행성을 연구하고 분류하는 데에도 중요한 역할을 한​다.

 

(Astronomy & Astrophysics, 2024; doi: 10.1051/0004-6361/202451365)

출처: Universität Genf

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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