식쌍성

요약 쌍성의 식 현상에 의해서 주기적으로 겉보기광도가 변하는 별을 말하며 식변광성이라고도 한다. 식쌍성을 연구하면 별의 질량이나 반지름, 항성의 내부구조, 항성의 진화에 관한 자료들을 알 수 있다.

식변광성이라고도 한다. 두 항성이 서로의 인력으로 공통질량중심 주위를 공전하고 있을 때, 그 궤도면이 관측자의 시선방향에 놓이면 때때로 일식과 같은 현상을 일으켜, 두 별을 합한 광도가 주기적으로 변하게 된다. 식쌍성은 지구로부터의 거리가 대단히 멀기 때문에 아무리 큰 망원경으로 보아도 두 별을 분리해서 볼 수 없으며, 다만 그 광도의 주기적 변화로부터 쌍성임을 알 수 있다. 현재 알골을 비롯하여 약 5,000개의 식쌍성이 알려져 있다.

밝기의 변화를 나타내는 광도곡선은 보통 2개의 극소를 가진다. 식쌍성에서 두 별이 공통질량중심 주위를 공전할 때, 상대적으로 표면온도가 낮은(어두운) 별인 동반성이 표면온도가 높은(밝은) 별인 주성(主星)을 가리면, 두 별을 합한 광도는 가장 어두워져 광도곡선에서는 제1극소(주극소)가 된다. 이어서 식이 끝나고 두 별이 시선방향에서 분리된 후 다음 식이 일어날 때까지 전체 광도는 대개 일정하다. 그리고 다시 어두운 동반성이 밝은 주성 뒤로 돌아가, 주성이 동반성을 가리면 제1극소 정도는 아니지만 역시 전체의 광도가 어두워진다. 이때를 제2극소(부극소)라고 한다. 광도곡선은 보통 제1극소와 제2극소가 되풀이하여 나타나나, 동반성이 주성에 비해서 현저히 어두울 때는 제2극소는 거의 관측되지 않고 제1극소만 나타나는 경우도 있다. 마차부자리 ε별이 그러한 식쌍성이다.

식쌍성을 연구하면, 개개의 별에 대한 연구에서는 알 수 없는 사실들을 비로소 알게 되는 경우가 있는데, 예를 들면, 별의 질량이나 반지름 등 천체물리학의 핵심사항이나, 항성의 내부구조, 진화에 관한 자료 등이 그러한 것이다. 알골과 같은 광도변화를 보이는 식쌍성 말고도, 식현상이 일어나지 않을 때도 완만하게 광도변화가 생기는 식쌍성이 있다. 여기에는 크게 두 종류가 있는데, 하나는 거문고자리 β형변광성이고, 다른 하나는 큰곰자리 W형변광성이다. 어느 것이나 근접쌍성인데, 주성 ·동반성이 서로의 조석력(潮汐力) 때문에 그 모양이 타원체가 되어 있고, 따라서 공전하는 동안 식현상이 일어나지 않을 때도 지구에 있는 관측자를 향한 부분의 넓이가 변하기 때문에 변광하는 것으로 보인다. 이 경우 두 별의 밝기 차이가 크면, 두 극소의 깊이에도 큰 차이가 생겨 거문고자리 β형이 되고, 두 별의 밝기와 표면온도가 차이가 없으면 두 극소의 깊이도 거의 같아서 큰곰자리 W형이 된다. 큰곰자리 W형변광성은 큰곰자리 W(분광형 F8과 F7의 쌍성으로, 공전주기 0.334일)와 마찬가지로 모두 왜성(矮星)으로 되어 있고, 공전주기도 0.5일 이하인 것이 대부분이다. 거문고자리 β형변광성은 거문고자리 β(분광형 B8와 K0의 쌍성으로, 공전주기 12.9일)와 같이 분광형이 다른 2개의 초거성이거나, 한쪽은 왜성이고 다른 한쪽은 준거성인 경우(예:알골의 동반성) 등 여러 가지이며, 공전주기도 다양하다.

식쌍성이 타원궤도를 공전하고 있는 경우 광도곡선의 제2극소의 위치가 제1극소에 대하여 조금씩 변하며, 근성점(近星點) P가 느린 주기로 회전한다. 이것을 식쌍성의 근성점 운동이라 하는데, 타원궤도의 식쌍성이 근접한 경우 별의 모양이 현저하게 일그러져 있기 때문에 그 섭동작용(攝動作用)에 의해 쌍성궤도의 장축선(長軸線)이 움직이는 것이다. 이와 같이 근성점 운동에 의해 궤도 자체가 움직이는 것으로 알려진 식쌍성에는 카시오페이아자리 AR(공전주기 6.07일, 근성점 운동주기 413년), 백조자리 Y(공전주기 2.99일, 근성점 운동주기 47.2년) 등이 있다.