[논문 리뷰] Close stellar conjunctions of alpha Centauri A and B until 2050 - An mK = 7.8 star may enter the Einstein ring of alpha Cen A in 2028

P. Kervella, F. Mignard외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 19.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 2인용 수 25

한 줄 요약

이 논문은 2028년 5월에 발생할 희귀 중력 렌즈 효과를 예측한다. 빛나는 별 S5(mK = 7.8)가 알파 센타우리 A와 0.015 초초분의 1 이내로 접근하게 되며, 0.47 마이크로초분의 에인슈타인 링 내부에 들어올 가능성이 45%이다. 이 사건은 초정밀 천체측위 및 광도 측정을 가능하게 하여 행성계 탐색과 일반 상대성 이론의 상대론적 굴절 검증에 기여하며, 마이크로초분 수준의 정밀도로 알파 센타우리 A와 B의 질량 및 궤도 파rameter를 보정할 수 있는 기회를 제공한다.

ABSTRACT

The rapid proper motion of the alpha Cen pair (3.7 arcsec/yr) and its location close to the galactic plane on a rich stellar background combine to make them excellent candidates for stellar conjunctions with distant stars. Adding new astrometry to archival data, we have refined the orbital parameters, barycentric proper motion and parallax of alpha Cen and compute its apparent trajectory on sky over the coming decades. We present a catalog of the expected close conjunctions until 2050. An exceptional event will take place in early May 2028, when alpha Cen A will come within 0.015 +/- 0.135 arcseconds of the mK = 7.8 star 2MASS 14392160-6049528 (hereafter S5). In terms of impact parameter and contrast, this is the most favorable stellar conjunction of alpha Cen within at least the next three decades. With an angular diameter of LD = 0.47 +/- 0.05 mas, it is likely that S5 is a red giant or supergiant located at several kiloparsecs. The approached stars will act as moving light probes in transmission through the environment of alpha Cen. The observation of these close conjunctions holds great promises to search for planets and other low mass objects in the alpha Cen system using photometry and astrometry. The relativistic deflection of the approached star images will be in the milliarcsecond range. The small impact parameter of the conjunction with S5 means that this star has a probability of 45% of entering the Einstein ring of alpha Cen A. The gravitational amplification of the flux of S5 could reach a factor five for the combination of the two lensed images. The proper motion, orbital parameters and parallax of alpha Cen will be measurable with an extreme accuracy from differential astrometry with the S stars. This will be valuable, for example to prepare the Breakthrough Starshot initiative to send interstellar nanocrafts to alpha Centauri.

연구 동기 및 목표

• 2050년까지 알파 센타우리 A와 B 사이의 근접 천체 접촉을 예측한다.
• 고정밀 천체물리 측정에 가장 유리한 중력 렌즈 사건을 특정하고 특성화한다.
• 배경 항성의 상대 천체측위를 이용해 알파 센타우리 A와 B의 천체측위 및 궤도 파rameter를 극초정밀도로 측정한다.
• 브레이크스루 스타샷 계획을 지원하기 위해 알파 센타우리 시스템의 천체역학적 파rameter를 보정한다.
• 접촉 기간 동안 제2의 중력 렌즈 효과 및 광도 전이 현상을 통해 행성 또는 저질량 천체를 탐지한다.

제안 방법

• VLT/NACO, NTT/SOFI, NTT/SUSI2에서 확보한 신규 및 기존 고해상도 적외선 천체측위 자료를 융합하여 알파 센타우리의 운동, 일식각 및 궤도 파rameter를 보정한다.
• 심층 촬영을 통해 알파 센타우리 주변 몇 분의 1 이내의 배경 항성들을 특정하고 정밀하게 위치를 결정한다. 특히 밀도가 높은 은하수 평면에서 집중한다.
• 알파 센타우리 A가 배경 항성에 미치는 중력 렌즈 효과를 모델링하고, 에인슈타인 링 반경과 충격 매개변수를 계산한다.
• 업데이트된 천체운동 예측치를 사용하여 접촉의 시기 및 기하학적 조건을 예측하고, 천체측위 모델링에 상대론적 빛 굴절 효과를 고려한다.
• GRAVITY(VLTI) 및 ALMA와 같은 향후 기기의 관측 가능성 평가를 수행하며, 마이크로초분 수준에서 신호 대 잡음비 및 측정 정밀도를 추정한다.
• S5 별을 알파 센타우리 A에 대해 상대 천체측위로 측정하여 시스템의 일식각 및 질량을 10 μas 정밀도로 측정할 계획이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 앞서 30년 내에 알파 센타우리 A와 배경 항성 간의 최소 각도 분리도는 얼마이며, 언제 발생하는가?
• RQ2 배경 항성이 알파 센타우리 A의 에인슈타인 링 내부에 들어올 가능성이 얼마이며, 그로 인한 광도 증폭은 어느 정도인가?
• RQ3 마이크로초분 수준의 상대 천체측위로 배경 항성의 변화를 측정하면, 제2의 렌즈 효과에 의해 행성 또는 저질량 천체의 존재를 밝혀낼 수 있는가?
• RQ4 이러한 접촉을 통해 알파 센타우리 A와 B의 일식각, 운동, 궤도 파rameter를 어느 정도 정밀도로 측정할 수 있는가?
• RQ5 이러한 사건들이 행성계의 천체역학 모델을 검증하고 보정하는 데 얼마나 기여할 수 있는가? 특히 행성계 간행의 계획 수립에 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 가장 유리한 접촉은 2028년 초, mK = 7.8인 S5 별이 알파 센타우리 A와 최소 투영 거리 0.015 ± 0.135 초초분으로 접근할 때 발생한다.
• S5 별이 알파 센타우리 A의 에인슈타인 링 내부에 들어올 가능성이 45%이며, 이로 인해 최대 5배까지 광도 증폭이 발생할 수 있다.
• S5 별의 각지름은 약 0.47 ± 0.05 마이크로초분으로 추정되며, 이는 수 킬로파섹 거리에 위치한 붉은 거성 또는 초거성일 가능성이 높음을 시사한다.
• S5 별과의 접촉은 2026년 말부터 2029년 말까지 VLTI의 GRAVITY를 통해 관측 가능하며, 10 μas 정밀도의 상대 천체측위 측정이 가능하다.
• 이 사건은 높은 신호 대 잡음비로 빛의 상대론적 굴절을 측정할 수 있게 하여 태양계 근처에서 일반 상대성 이론을 직접 검증할 수 있다.
• 이러한 접촉의 천체측위 모니터링을 통해 알파 센타우리 A와 B의 일식각 측정 정밀도를 10 μas 수준으로 확보할 수 있으며, 이는 상대 정밀도 10−5에 해당하며 거리 불확도는 ±3 AU 이내이다.