Kapteyn's Star is a class M1 red subdwarf about 12.83 light-years from Earth in the southern constellation Pictor; it is the closest halo star to the Solar System. With an apparent magnitude of nearly 9 it is visible through binoculars or a telescope.

Its diameter is 30% of the Sun's, but its luminosity just 1.2% that of the Sun. It may have once been part of the globular cluster Omega Centauri, itself a likely dwarf galaxy swallowed up by the Milky Way in the distant past. The discovery of two planets—Kapteyn b and Kapteyn c—was announced in 2014, but had a mixed history of rejections and confirmations, until a 2021 study refuted both planets. The "planets" are in fact artifacts of the star's rotation and activity.

History of observations

Attention was first drawn to what is now known as Kapteyn's Star by the Dutch astronomer Jacobus Kapteyn in 1898. Under the name CPD-44 612 it was included in the Cape photographic Durchmusterung for the equinox 1875 (−38 to −52) by David Gill and Jacobus Cornelius Kapteyn in 1897. This catalogue was based on Gill's observations from the Cape Observatory in 1885–1889 and was created in collaboration with Kapteyn. While he was reviewing star charts and photographic plates, Kapteyn noted that a star, previously catalogued in 1873 by B. A. Gould as C.Z. V 243, seemed to be missing. However, Robert T. A. Innes found an uncatalogued star about 15 arcseconds away from the absent star's position. It became clear that the star had a very high proper motion of more than 8 arcseconds per year and had moved significantly. Later, CPD-44 612 came to be referred to as Kapteyn's Star although equal credit should be accorded to Robert Innes. At the time of its discovery it had the highest proper motion of any star known, dethroning Groombridge 1830. In 1916, Barnard's Star was found to have an even larger proper motion. In 2014, two super-Earth planet candidates in orbit around the star were announced, but later refuted.

Characteristics

Based upon parallax measurements, Kapteyn's Star is  from the Earth. It came within  of the Sun about 10,900 years ago and has been moving away since that time. Kapteyn's Star is distinctive in a number of regards: it has a high radial velocity, orbits the Milky Way retrograde, and is the nearest-known halo star to the Sun. It is a member of a moving group of stars that share a common trajectory through space, named the Kapteyn moving group. Based upon their element abundances, these stars may once have been members of Omega Centauri, a globular cluster that is thought to be the remnant of a dwarf galaxy that merged with the Milky Way. During this process, the stars in the group, including Kapteyn's Star, may have been stripped away as tidal debris.

Kapteyn's Star is between one quarter and one third the size and mass of the Sun and has a much cooler effective temperature at about 3500 K, with some disagreement in the exact measurements between different observers. The stellar classification is sdM1, which indicates that it is a subdwarf with a luminosity lower than that of a main-sequence star at the same spectral type of M1. The abundance of elements other than hydrogen and helium, what astronomers term the metallicity, is about 14% of the abundance in the Sun. It is a variable star of the BY Draconis type with the identifier VZ Pictoris. This means that the luminosity of the star changes because of magnetic activity in the chromosphere coupled with rotation moving the resulting star spots into and out of the line of sight with respect to the Earth.

The star has a mass of 0.27 , a radius of 0.29  and has about 1.2% of the Sun's luminosity. It has a surface temperature of  and is roughly 11 billion years old. In comparison, the Sun is about 4.6 billion years old and has a surface temperature of 5,778 K. Stars like Kapteyn's Star have the ability to live up to 100–200 billion years, ten to twenty times longer than the Sun will live.

Search for planets

In 2014, Kapteyn's Star was announced to host two planets, Kapteyn b and Kapteyn c, based on Doppler spectroscopy observations by the HARPS spectrometer which is housed at the European Southern Observatory's La Silla Observatory in Chile, at the Keck Observatory in Hawaii, and at the PFS Observatory, also in Chile. Kapteyn b was described as the oldest-known potentially habitable planet, estimated to be 11 billion years old, while Kapteyn c was described as beyond the host star's habitable zone.

Kapteyn b was thought to make a complete orbit around its parent star about every 48.62 days at a distance of 0.17 AU, with an eccentricity of 0.21, meaning its orbit is mildly elliptical. Kapteyn c was thought to orbit with a period of 121.5 days at a distance of 0.31 AU, with an eccentricity of 0.23. Both planets were thought to be super-Earths, with minimum masses of 4.8 and 7.0 , respectively.

The purported planets were thought to be close to a 5:2 period commensurability, but resonances could not be confirmed. Dynamical integration of the orbits suggested that the pair of planets are in a dynamical state called apsidal co-rotation, which usually implies that the system is dynamically stable over long time scales. Guinan et al. (2016) suggested that the present day star could potentially support life on Kapteyn b, but that the planet's atmosphere may have been stripped away when the star was young (~0.5 Gyr) and highly active. The announcement of the planetary system was accompanied by a science-fiction short-story, "Sad Kapteyn", written by writer Alastair Reynolds.

However, subsequent research by Robertson et al. (2015) found that the orbital period of Kapteyn b is an integer fraction (1/3) of their estimated stellar rotation period, and thus the planetary signal is most likely an artifact of stellar activity. The authors did not rule out the existence of Kapteyn c, calling for further observation. This refutation was questioned by the team that published the exoplanet discovery paper. Guinan et al. (2016) (as well as earlier authors) found a lower value for the stellar rotation, which lended support to the original planetary finding.

In 2021, a new analysis found no evidence for either planet, and found that the observed radial velocity signals are in fact artifacts of the star's rotation and activity, after the rotational period of the star was refined, with a rotational period very similar to that of candidate c. There is currently no evidence for planets orbiting Kapteyn's Star.

See also
 List of nearest stars and brown dwarfs
 Stars named after people

References

Further reading

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External links
 SolStation.com: Kapteyn's Star
 Press release on planetary system

M-type main-sequence stars
M-type subdwarfs
BY Draconis variables
Local Bubble
Hypothetical planetary systems
Pictor
CD-45 01841
0191
033793
024186
Pictoris, VZ
캅테인의 별(Kapteyn's Star)은 화가자리 방향으로 지구로부터 약 12.76 광년 떨어져 있는 M1 분광형의 적색 준왜성이다. 이 별은 지구에서 가장 가까운 헤일로 별이기도 하다. 겉보기등급은 9 정도로 쌍안경이나 망원경으로 관측할 수 있다.

캅테인의 별의 지름은 태양의 30%이나 광도는 태양의 1.2%에 불과하다. 이 별은 한때 구상성단 센타우루스자리 오메가(아주 오래 전 우리은하가 흡수한 왜소은하로 보임)의 일원이었던 것 같다. 2014년 이 별 주위를 도는 외계 행성 캅테인 b와 캅테인 c가 발견되었다.

관측 역사

1898년 네덜란드 천문학자 야코뷔스 캅테인은 현재 캅테인의 별로 알려져 있는 이 항성에 대해 세간의 관심을 불러일으켰다. 1897년 데이비드 길과 야코뷔스 캅테인이 작성한 《케이프 사진소천성표》 Cape photographic Durchmusterung for the equinox 1875 (−38 to −52)에 이 별은 CPD-44 612 명칭으로 등재되었다. 이 항성 목록은 데이비드 길이 케이프 천문대에서 1885년부터 1889년까지 관측한 자료에 기반한 것으로 캅테인이 성표 작성에 도움을 주었다. 캅테인은 성표와 사진 건판들을 검토하던 중 1873년 B.A. 굴드가 C.Z. V 243으로 등재한 항성이 없어진 것처럼 보이는 것에 주목했다. 그러나 R.T.A. 이네스는 사라진 별이 있던 위치에서 15 초각 떨어진 곳에 목록에 등재되지 않은 별 하나가 있는 것을 발견했다. 이로써 이 별의 고유운동 값이 연간 8 초각 이상으로 매우 크고, 눈에 띌 정도로 많이 이동했음이 명백해졌다. 로버트 이네스 역시 동등한 기여도를 인정받았어야 함에도 불구하고 이후 CPD-44 612는 '캅테인의 별'로 불리게 되었다. 발견 당시 캅테인의 별의 고유운동 속도는 당대 최고였으며 직전 챔피언이었던 그룸브리지 1830을 밀어냈다. 이후 1916년 바너드별이 캅테인의 별보다 높은 고유운동 값을 지니고 있음이 밝혀졌다. 2014년 캅테인의 별을 도는 슈퍼 지구형 외계 행성 후보 둘의 발견 사실이 발표되었다.

특징

히파르코스 측성 위성이 관측한 시차 측정값에 기초하면 지구로부터 캅테인의 별까지의 거리는 이 나온다. 캅테인의 별은 약 10800년 전 지구에 까지 접근했다가 이후 멀어지고 있다. 질량과 반지름은 태양의 3분의 1 ~ 4분의 1 사이 정도이며 표면 온도는 관측자에 따라 정확한 값에 차이들이 있지만, 태양보다 훨씬 낮은 3500 켈빈 정도이다. 항성의 분광형은 sdM1로 같은 M1형의 주계열성들에 비해 광도가 낮은 준왜성임을 알 수 있다. 수소와 헬륨 외의 원소 함유량(천문학자들은 이를 금속함량이라고 한다.)은 태양의 14% 정도이다. 캅테인의 별은 용자리 BY형 변광성으로 변광성 기호 화가자리 VZ를 받았다. 이는 채층에서의 자기활동에, 항성이 자전하여 지구에서 봤을 때 흑점들이 나타났다가 사라지는 효과가 맞물려 별의 광도가 변화함을 뜻한다.

캅테인의 별은 여러 면에 있어 독특한 항성이다. 고유운동 값이 크고 은하중심을 역행 방향으로 공전하고 있으며 태양에서 가장 가까운 헤일로 별이기도 하다. 이 별은 캅테인 운동 성군으로 불리는, 우주 공간에서 이동 궤적을 공유하는 운동성군의 구성원이다. 화학적 원소들의 함량으로 볼 때 이 운동성군에 속한 항성들은 한때 센타우루스자리 오메가(우리은하에 병합된 왜소은하의 잔해로 생각되는 구상성단)에 속해 있었으며, 병합 과정에서 캅테인의 별을 포함한 성군의 구성원들은 오메가 성단에서 내쳐져 나와 조석 잔해가 된 것 같다.

가시성

캅테인의 별은 겉보기 등급이 9로 쌍안경이나 망원경을 이용하여 관측할 수 있다.

행성계

2014년 캅테인의 별 주변에서 행성 캅테인 b와 캅테인 c 두 개를 발견했음이 공식 발표되었다. 캅테인 b는 밝혀진 외계 행성들 중 생명체가 거주 가능한 조건을 만족하는 행성으로는 나이가 가장 많다.(약 110억 년) 그러나 로버트슨 연구진(2015)은 캅테인 b의 공전주기는 항성 자전주기의 3분의 1로 b의 신호는 항성 활동의 인공적 신호일 가능성이 유력하다고 주장했다. 다만 로버트슨 등은 캅테인 c의 존재를 배제할 수는 없으며 추가적인 관측이 필요하다고 주장했다. Guinan 연구진(2016)은 (예전 논문 저자들과 마찬가지로) 캅테인의 별의 자전 속도가 종전의 값보다 낮은 것을 발견했으며 이는 행성을 최초로 발견한 논문의 신빙성을 올려준다. 다만 항성의 자전 주기를 확정하고 논쟁을 해결하기 위해 추가적인 데이터가 필요할 것이다.

캅테인 b와 c의 공전 주기는 5:2에 가까우나 궤도공명 상태에 있는지는 발견 당시 검증할 수 없었다. 공전 궤도를 동역학적으로 누적한 결과 두 행성은 근점 동시회전(近点同時回轉, apsidal co-rotation)으로 불리는 상태에 있었으며 이는 행성계가 긴 시간 척도상에서 동역학적으로 안정되어 있다는 뜻이다. Guinan 연구진(2016)은 캅테인의 별이 젊고(~ 5억 년) 매우 활동적이었을 시절 행성의 대기를 벗겨내지 않았다고 가정하면 현재 캅테인 b에 생명체가 살 환경이 조성될 수 있다고 추정했다. 캅테인의 별 행성계의 발견은 작가 알라스테어 레이놀즈의 단편 과학소설 '슬픈 캅테인' Sad Kapteyn과 함께 발표되었다.

각주

더 읽어보기

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외부 링크 
  SolStation.com: Kapteyn's Star
  Press release on planetary system

 
화가자리
국부 거품
M형 준왜성
M형 주계열성
용자리 BY형 변광성
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