user: 갈색왜성이란 무엇인가?

gpt: **갈색왜성**은 제일 무거운 가스행성과 가장 가벼운 항성 사이 질량 범위에 존재하는 준항성천체이다. 그 질량 범위는 최소 목성질량의 13배에서 최대 75~80배 사이이다.

주계열상의 항성들과는 달리 갈색왜성은 질량이 작아서 중심핵에서 일반적인 경수소(

항성과 마찬가지로 갈색왜성은 분광형에 따라 M, L, T, Y형으로 분류한다. 갈색왜성은 가시광선 파장대에서 그다지 밝게 보이지 않는다.

갈색왜성을 공전하는 것으로 알려진 행성들로 2M1207b, MOA-2007-BLG-192Lb, 2MASS J044144b 등이 있다. 알려진 갈색왜성 중 지구에서 가장 가까운 것은 약 6.5 광년 떨어져 있는 루만 16이다. 루만 16은 2013년 발견되었으며 갈색왜성 둘로 이루어진 쌍성계이다. 2017년 12월 기준 NASA 외계행성 저장소에 따르면 HR 2562 b는 발견된 외계행성 중 가장 무거운 천체로, 그 질량은 행성과 갈색왜성을 가르는 '목성질량 13배'의 두 배임에도 행성으로 분류되고 있다.

user: 관측에 대해서도 설명해 줘.

gpt: ## 갈색왜성의 분광형

### 분광형 M
이들은 분광형 M6.5 혹은 그보다 차가운 갈색왜성으로 '차가운 M형 왜성'으로도 불린다. 천문학자들 중 일부는 이들을 적색왜성으로도 분류할 수 있다고 본다.

### 분광형 L
주계열 항성의 분광형 중 가장 차가운 M형의 특질은 산화 타이타늄과 산화 바나듐 분자의 흡수대가 강렬하게 나타나는 광학 스펙트럼이라 할 수 있다. 그러나 백색왜성 GD 165의 차가운 동반천체 GD 165B에는 위 M형 왜성의 TiO 특질이 전혀 나타나지 않는다. GD 165B와 같은 천체들이 이후 다수 발견되면서 새로운 분광형 **L형 왜성**이 정의되었다. L형 스펙트럼에서 붉게 보이는 영역은 금속산화물의 흡수대가 아니라, 금속수소화물의 휘선대 및 뚜렷한 알칼리 금속의 원자선들로 정의된다. 2013년 기준으로 등록된 L형 왜성은 900개 이상이며 이들 중 대부분은 2MASS, DENIS, SDSS 등 광역탐사로 발견되었다. 이 분광형에 갈색왜성만 속해 있는 것은 아니며, 목성질량의 80배가 넘어가는 주계열성 중 분광형 L2나 L3처럼 차가운 별도 있다.

### 분광형 T
GD 165B가 L형 왜성의 원형별인 것과 마찬가지로 두 번째로 등장한 분광형인 **T형 왜성**의 원형별은 글리제 229B라 할 수 있다. L형 왜성의 근적외선 스펙트럼을 H WISE 0316+4307과 같이 지구에서 100 광년 떨어져 있는 T형 갈색왜성들이 발견된 바 있다.

### 분광형 Y
**Y형 왜성**으로 부를 수 있는 천체들이 존재하는지에 대해 논란이 있다. 이들은 T형 왜성보다 훨씬 차가울 것으로 예상된다. 이 분광형은 모형화는 되었으나 아직 제대로 정의된 스펙트럼 계열이나 원형 별은 없다.

2009년 당시 기준으로 가장 차가운 갈색왜성들의 유효온도가 500 ~ 600 켈빈으로 측정되어 분광형 T9를 받았다. 여기에 해당되는 사례는 CFBDS J005910.90-011401.3, ULAS J133553.45+113005.2, ULAS J003402.77−005206.7 세 천체가 있었다.

2010년 4월 새로 발견된 극저온 준갈색행성 두 개를 Y0 분광형의 원형별로 삼아야 한다는 주장이 나왔다.

2011년 2월 루만 연구진은 지구에서 가까운 백색왜성의 '갈색왜성' 동반천체를 발견했다. 이 천체의 온도는 300 켈빈에 질량은 목성의 7배 수준이었다.

상기 발표 후 얼마 지나지 않아 Liu 연구진은 또다른 초저질량 갈색왜성을 도는 '아주 차가운' 천체 CFBDS J1458+10B를 발견했으며 "낮은 광도, 이례적인 색, 낮은 온도로 볼 때 이 천체는 가설화된 Y 분광형의 유력한 후보이다."라고 주장했다.

2011년 8월 NASA의 광역적외선탐사위성으로부터 얻은 자료를 이용한 과학자들은 'Y형 왜성' 여섯 개를 발견했는데, 이들의 온도는 인간의 체온과 비슷한 수준이었다.

WISE의 자료로부터 새로운 갈색왜성 수백 개가 발견되었다. 이들 중 Y형 왜성으로 분류된 천체는 14개였다. Y형 왜성 중 하나인 WISE 1828+2650은 2011년 8월 기준으로 가장 차가운 갈색왜성 기록의 보유자였고 가시광선을 전혀 발산하지 않는다. 이런 천체 유형은 항성보다는 자유부유행성에 보다 가깝다. WISE 1828+2650은 원래는 대기온도가 300 켈빈보다 차가운 것으로 측정되었다.

2014년 4월 천문학자들은 WISE 0855−0714의 예상 온도 범위를 225 ~ 260 켈빈으로, 질량은 목성의 3 ~ 10배로 예측했다. 이 천체의 시차 역시 평범하지 않아 계산된 지구로부터의 거리는 7.2 ± 0.7 광년에 불과했다.

2019년 WISE 카탈로그를 조사하여 갈색왜성 CWISEP J1935-1546을 발견했다. 이 천체의 온도는 매우 차가운 갈색왜성의 반열에 들어갈 수준으로 그 값은 270 ~ 360 켈빈이다.

## 갈색왜성의 분광형 및 대기 특징
L, T형 왜성에서 방출되는 플럭스 대부분은 근적외선 범위인 1~2.5 마이크로미터에 있다. '차가운 M', L, T형 왜성들은 온도가 낮고 시간이 지나면서 식기 때문에, 중성원자 종류들의 상대적으로 좁은 선부터 분자물질의 넓은 띠까지 다양한 종류의 근적외선 스펙트럼을 보여준다. 이 스펙트럼들 모두는 온도, 중력, 금속함량에 각각 다른 의존도를 보인다. 게다가 이처럼 낮은 온도 조건에서는 가스가 응축되어 낟알 구조가 되기 쉬워진다.

갈색왜성의 일반적인 대기 온도 범위는 최고 2200 ~ 최저 750 켈빈에 걸쳐 있다. 내부에서 지속적으로 핵융합을 일으켜 스스로를 가열시킬 수 있는 항성과는 달리 갈색왜성은 시간이 지나면서 빠르게 식는다. 다만 질량이 클수록 식는 속도는 느려진다.

## 관측 기술
코로나그래프는 밝은 항성을 도는 희미한 천체를 식별하는 데 최근 들어 사용되고 있다. 글리제 229B는 이 방법으로 발견한 대표적인 갈색왜성이다.

CCD를 장착한 고성능 망원경은 멀리 떨어진 성단 내에서 희미한 천체를 찾아내는 데 쓰이고 있다. 이 방법으로 발견한 대표적인 천체가 테이데 1이다.

광각탐사를 이용, 어두우면서 독립적으로 존재하는 천체들이 발견되었다. 케일루-1은 이 방법으로 찾아낸 천체로 지구로부터 약 30 광년 떨어져 있다.

갈색왜성은 외계 행성을 찾는 중 자주 발견된다. 외계행성을 찾아내는 방식들은 갈색왜성 탐사에 그대로 활용될 수 있으며, 갈색왜성은 행성보다 훨씬 찾기 쉽다.

갈색왜성들은 강한 자기장을 지니고 있기에 강력한 전파 방출원이 될 수 있다. 아레시보 천문대와 장기선 간섭계에서 수행되는 관측 프로그램에서 이런 천체가 십여 개 발견되었는데, 이들은 이 분광형에 속하는 다른 천체들과 흡사한 자성을 띠고 있기 때문에 초저온 왜성이라고도 불린다. 갈색왜성에서 방출되는 전파를 관측하여 이들의 자기장 세기를 직접 측정할 수 있다.

## 이정표
메테인 갈색왜성이 최초로 확인됨. 남부 캘리포니아 팔로마 천문대 60인치 반사 망원경에 화상의 품질을 높이기 위해 적응광학 코로나그래프를 사용, 지구로부터 20 광년 거리에 있는 적색왜성 글리제 229A를 공전하는 갈색왜성 글리제 229B를 발견했다. 200인치 헤일 망원경을 이용, 적외선 분광법으로 후속연구를 한 결과 B에 메테인이 풍부함이 밝혀졌다.

## 엑스선원으로서의 갈색왜성
1999년 이래 갈색왜성들에서 관측된 엑스선 플레어로부터, 이들이 저질량 항성과 비슷하게 자기장이 변화하고 있음을 추정할 수 있다.

중심부에 강력한 에너지원이 될 핵이 없는 대신 갈색왜성 내부는 빠르게 끓어오르는 대류 상태에 있다. 대류활동은 갈색왜성 대다수에서 나타나는 빠른 자전과 합쳐져서 강력하고 뒤얽혀 있는 자기장이 천체 표면 근처에 발달할 조건을 만든다. 찬드라가 관측한 LP 944-20의 플레어는 항성 표면 아래 격렬하면서 자화된 뜨거운 물질이 그 근원일 수 있다. 표면 아래 플레어는 대기로 열을 전도하여 전류가 흘러 낙뢰 비슷한 엑스선 플레어가 만들어지게 할 수 있다. LP 944-20에 플레어가 없는 시기에 엑스선이 발생하지 않는 것 역시 의미있는 결과이다. 플레어가 없을 때 갈색왜성이 지속적으로 생산하는 엑스선의 양은 가장 낮은 한계점을 기록하며, 왜성의 표면온도가 2800 K 밑으로 떨어져 전자적으로 중성이 되면 코로나가 사라짐을 보여준다.

NASA의 찬드라 엑스선 관측선을 이용하여 과학자들은 다중성계 내 질량 작은 갈색왜성에서 엑스선이 나오는 것을 잡아냈다. 이는 어머니 항성에 가까이 붙은 갈색왜성을 엑스선을 이용하여 분리 식별해 낸 최초 사례이다. 도쿄 주오 대학 츠보이 요코는 엑스선의 출처가 갈색왜성의 섭씨 3백만 도에 이르는 코로나 플라스마이며, 왜성의 질량은 태양의 2%가 안 되지만 엑스선 파장에서는 태양만큼 밝고, 질량 큰 행성들도 젊을 때에는 스스로 엑스선을 발산할 수 있다고 주장했다.

## 전파원으로서의 갈색왜성
갈색왜성은 최대 6 kG에 이르는 위력의 자기장을 지닐 수 있다.

## 최근의 연구 성과
지구에서 카멜레온자리 방향으로 500 광년 떨어져 있는 갈색왜성 Cha 110913-773444 주변에서는 '태양계 축소판'이 생겨나고 있는 중으로 보인다. 펜실베이니아 주립 대학교 소속 천문학자들은 태양계를 만들어낸 것과 유사한 것으로 보이는 가스 및 먼지 원반을 이 천체 주위에서 발견했다. Cha 110913-773444는 당시 기준으로 발견된 갈색왜성들 중 가장 가벼웠으며 만약 행성계가 형성되어 있다면 이 왜성은 행성계를 거느린 가장 작은 천체가 될 것이다.

최근 갈색왜성 후보 천체들을 관측한 결과 적외선 방출이 밝아졌다가 어두워졌다가 하는 패턴이 감지되었다. 이 현상은 상대적으로 차갑고 불투명한 구름들의 패턴이 뜨거운 내부를 가리고 있으며, 이 구름들이 극심한 바람에 의해 움직임으로서 나오는 것으로 보인다. 이런 천체들의 날씨는 극도로 격렬할 것이며 그 극심함은 목성의 폭풍을 아득히 초월할 것으로 보인다.

2013년 1월 8일 NASA의 허블 및 스피처 망원경을 사용한 천문학자들은 갈색왜성 2MASS J22282889-431026을 탐사하여 당대 기준으로 최고 정교한 갈색왜성의 '날씨지도'를 만들었다. 이 지도는 바람에 의해 움직여 다니는 행성 크기 구름들을 보여준다. 이 연구는 갈색왜성을 넘어 태양계 너머 행성들의 대기에 대한 이해를 넓히는 계기가 되었다.

NASA의 WISE 계획에서 갈색왜성 200개 정도가 발견되었다.

2017년 8월 출판된 논문에 따르면 NASA 스피처 우주 망원경은 다양한 두께의 구름으로 인해 생기는 적외선의 밝기 편차를 모니터링했다. 관측 결과 거대한 규모의 파장들이 갈색왜성의 대기 중에 퍼져나가는 현상이 발견되었는데, 이는 태양계의 해왕성 및 나머지 가스행성들의 대기와 비슷하다. 이 대기 중 파장들은 구름들의 두께를 조절하고 있으며, 각각 다른 속도로 퍼져나가는데 이 속도 차이는 아마 차등회전 때문에 생겼을 것이다.