총알처럼 움직이는 별들

 

 

 

우주의 어떤 별들은 마치 총알처럼 우주의 성간공간을 가로지르며 가스구름을 찢어놓곤 한다.

허블 우주 망원경이 공개한 14개의 질주하고 있는 어린 별들의 사진은,
이 별들이 성간 고밀도 가스지역을 가로지르면서 만들어내고 있는 빛나는 활살촉 모양의 구조물과
꼬리의 궤적을 따라 빛나오르는 가스들을 보여주고 있다.

강력한 별폭풍으로 형성된 충격파에 의해 별로부터 쏟아져나온 물질이

주위의 가스를 밀어붙이게 되는데

이러한 현상은 호수위를 질주하는 보트에 의해 수면이 양옆으로 밀쳐지는 것과 유사한 현상이다.

이번 허블 연구를 이끈 나사 제트추친 연구소의 천문학자 라그벤드라 사하이는 다음과 같이 말하고 있다.
"우리는 매우 빠른 속도와 밝기를 지닌 새로운 유형의 별을 발견했다고 생각합니다.
 이 별들을 발견한 것은 정말 놀라운 일입니다.

 왜냐하면 우리는 이들을 직접 관측한 것이 아니기 때문입니다.

 처음 제가 이 사진들을 봤을 때, '와우 이건 성간 공간을 가로지르는 총알처럼 보이는군' 하고 말했었습니다.

  허블의 고분해능 기능을 활용하여 이들 충격파의 형태와 구조를 분석할 수 있었죠."

천문학자들은 이들 별들의 연령, 질량, 속도를 관측할 수 있었는데

이 별들은 고작 백만년 단위의 연령을 가진 어린 별들인 것으로 보인다.

이들의 연령은 부분적으로는 각 별들이 가진 폭풍의 강도와 관련이 있다.

 

어린별이든 늙은 별이든 대부분의 별들은 강력한 폭풍을 발생시킨다.

그 질량이 태양의 10배 정도에 달하는 별이라면 이러한 별들은 별의 일생 전반에 걸쳐 별폭풍을 발생시킨다.

그러나 이번에 허블로 관측된 천체들은

별 주변에 이온화 가스구름을 거느리고 있지 않은 것으로 보아
그리 무거운 별들은 아닌, 중간 규모의 별들로서

태양에 비해 한 두배, 많아야 8배 정도의 절량을 가진 별들로 관측되었다.

 

또한 이 별들을 둘러싼 성운의 모양을 봤을 때, 이 별들은 그리 늙지도 않은 것으로 보이는데
만약 죽어가고 있는 별이나, 늙은 별들에서는 결코 그 가까이에 고밀도의 성간 구름이 발견되지 않기 때문이다.

 

이 별들로부터 지구까지의 거리를 고려해 볼 때,

이 충격파는 1천 6백억 킬로미터에서  1조 6천억 킬로비터 너비까지 뻗어있을 수 있다.
(이 거리는 태양계 지름(태양~해왕성)의 17배에서 170배에 해당하는 거리이다.)

충격파는 이 별들이 고밀도의 가스층을 시속 18만 킬로미터 이상의 매우 빠른 속도로 헤쳐나가고 있음을 보여주는데
이는 일반적인 동일한 연령대의 별들에 비해 대략 5배 정도의 빠른 속도에 해당한다. 

 

사하이는 이 초고속의 별들이 원래는 자신의 집이었던 거대한 성단으로부터 내쳐진 것일 거라 말한다.

이와 같은 현상이 뱔생하는데는 두 가지 가능성이 점쳐지고 있는데

그 하나는 연성계에서 하나의 별이 초신성 폭발을 하면서 그 파트너 별이 밀려난다는 것이고

다른 하나는 두개의 연성계 시스템간의 붕괴나 또는 연성계와 그 주위에 위치한 제 3 의 별이 붕괴하면서 발생하는 것이다.

하나 또는 그 이상의 별들이 이러한 상호작용으로부터 에너지를 얻어 성단에서 벗어났을 가능성이 있다는 것이다.

이 별들의 연령과 현재 시속 18만 킬로미터로 이동하고 있다는 점을 감안할 때,
이 별들은 앞으로도 160광년의 거리를 여행하게 될 것이다.

 

이와 같은 유형의 별들이 이전에 관측된 바가 있긴 하다.

적외선 천문위성(IRAS)이 1983년 수행한 적외선 관측에서 이와 비슷한 양상을 보이는 몇몇 천체를 발견한 적이 있는 것이다.

 

이 천체들에 대한 관측이 처음 이루어진 것은 1980년대 후반이었는데

그 당시에 이 별들이 발생하는 충격파가 허블에서 연구된 별들보다 컸기 때문에
당시에는 이 별들의 질량이 매우 커서 보다 강력한 별폭풍을 발생시키는 것으로 예측했었다.

사하이의 의견은 다음과 같다.

" 별들에 관한 우리의 연구는 IRAS에 의해 관측된 충격파를 지닌 거대한 질량의 별들에 반해서
  일반적으로 낮은 질량의 별들은 낮은 속도와 대응된다고 생각했었습니다.
  우리는 이전에 성단이나 은하를 탈출하고 있는 거대한 질량의 별에 관한 연구에서
  단지 빙산의 일각에 해당하는 부분만을 보았을 뿐입니다.
  허블을 통해 관측된 별들은 사실 전체 별의 상당부분을 대표한다고도 볼 수 있습니다.
  왜냐하면, 이 우주에는 거대한 질량의 별들보다는 좀더 가벼운 질량의 별들이  훨씬 많이 존재하고 있고,

  훨씬 많은 별들이 적당한 속도로 움직이고 있기 때문입니다."

일반적으로 이와 같으 별들을 찾아내기가 매우 어렵기 때문에
천문학자들은 아직까지는 이러한 유형의 별들을 많이 발견하지는 못했다.

사하이는 "당신들 역시 어디에서 이들이 나타나게 될지 예측할 수 없기 때문에

이들을 어디서 발견할 수 있는지 알 수 없을 것입니다.
그래서 이번에 허블로 발견한 14개의 별을 포함한 다른 별들도 정말 우연히 발견되게 될 것입니다."라고 말했다. 

 

사하이와 그의 동료들은 허블 ACS를 이용하여

IRAS의 기록에 밝은 적외선 근원으로 나타나있는 35개의 천체를 관측하였다.

 

이들은 행성상 성운 이전 단계로 오랜 세월을 살아온 별을 찾고 있었다.
이 단계의 별들이 부풀어 오르고 자신의 외곽부를 대부분 벗어버리게 되면 빛나는 행성상 성운이 되게 된다.

그러나 그 대신에 우연히 이 별들을 발견하게 된 것이다.

 

연구팀은 이와같은 별들을 더 탐색하게 될 것이고,

이미 발견된 천체들에 대한 허블의 세부 자료를 토대로 이들이 주변 환경에 미치는 영향을 연구하게 될 것이다.

 

연구팀의 일원인 캘리포니아 대학의 마크 모리스는 다음과 같이 말한다.
"궁금한 점 중 하나는 이들이 주변 가스구름에 어떠한 영향을 끼치느냐 하는 것입니다.
 이들이 그냥 대수롭지 않은 불빛에 지나지 않는지,

  아니면 이들로부터 발생한 강력한 폭풍이 주변의 가스구름을 뒤흔들고

  그 결과 새로운 세대의 별들을 만들어 내는 작용을 둔화시키는가 하는 점입니다."

 

사하이는 이번 연구 결과를 1월 7일 오전 11시에 전미 천문학회 모임에서 토론하게 된다.

 

* '허블사이트'의 게시물들은  허블사이트 http://hubblesite.org 의 뉴스센터 자료들을 번역한 자료들입니다.

   본 내용은 2009년 1월 7일 발표된 뉴스입니다.

 

원문>

Even some stars go ballistic, racing through interstellar space like bullets and tearing through clouds of gas.

Images from NASA's Hubble Space Telescope reveal 14 young, runaway stars plowing through regions of dense interstellar gas, creating brilliant arrowhead structures and trailing tails of glowing gas. These arrowheads, or bow shocks, form when the stars' powerful stellar winds, streams of matter flowing from the stars, slam into surrounding dense gas. The phenomenon is similar to that seen when a speeding boat pushes through water on a lake.

"We think we have found a new class of bright, high-velocity stellar interlopers," says astronomer Raghvendra Sahai of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif., and leader of the Hubble study. "Finding these stars is a complete surprise because we were not looking for them. When I first saw the images, I said 'Wow. This is like a bullet speeding through the interstellar medium.' Hubble's sharp 'eye' reveals the structure and shape of these bow shocks."

The astronomers can only estimate the ages, masses, and velocities of these renegade stars. The stars appear to be young— just millions of years old. Their ages are based partly on their strong stellar winds.

Most stars produce powerful winds either when they are very young or very old. only very massive stars greater than 10 times the Sun's mass have stellar winds throughout their lifetimes. But the objects observed by Hubble are not very massive, because they do not have glowing clouds of ionized gas around them. They are medium-sized stars that are a few to eight times more massive than the Sun. The stars are not old because the shapes of the nebulae around aging, dying stars are very different, and old stars are almost never found near dense interstellar clouds.

Depending on their distance from Earth, the bullet-nosed bow shocks could be 100 billion to a trillion miles wide (the equivalent of 17 to 170 solar system diameters, measured out to Neptune's orbit). The bow shocks indicate that the stars are traveling fast, more than 112,000 miles an hour (more than 180,000 kilometers an hour) with respect to the dense gas they are plowing through, which is roughly five times faster than typical young stars.

"The high-speed stars were likely kicked out of their homes, which were probably massive star clusters," Sahai says.

There are two possible ways this stellar expulsion could have happened. one way is if one star in a binary system exploded as a supernova and the partner got kicked out. Another scenario is a collision between two binary star systems or a binary system and a third star. one or more of these stars could have picked up energy from the interaction and escaped the cluster.

Assuming their youthful phase lasts only a million years and they are moving at roughly 112,000 miles an hour, the stars have traveled about 160 light-years.

Runaway stars have been seen before. The Infrared Astronomical Satellite (IRAS), which performed an all-sky infrared survey in 1983, spied a few similar-looking objects. The first observation of these objects was in the late 1980s. But those stars produced much larger bow shocks than the stars in the Hubble study, suggesting that they are more massive stars with more powerful stellar winds.

"The stars in our study are likely the lower-mass and/or lower-speed counterparts to the massive stars with bow shocks detected by IRAS," Sahai explains. "We think the massive runaway stars observed before were just the tip of the iceberg. The stars seen with Hubble may represent the bulk of the population, both because many more lower-mass stars inhabit the universe than higher-mass stars, and because a much larger number are subject to modest speed kicks."

Astronomers have not spotted many of these stellar interlopers before because they are hard to find. "You don't know where to look for them because you cannot predict where they will be," Sahai says. "So all of them have been found serendipitously, including the 14 stars we found with Hubble."

Sahai and his team used Hubble's Advanced Camera for Surveys to examine 35 objects that appeared as bright infrared sources in the IRAS archive. They were looking for long-lived pre-planetary nebulae, puffed-up aging stars on the verge of shedding most of their outer layers to become glowing planetary nebulae. Instead, the astronomers stumbled upon the runaway stars.

The team is planning follow-up studies to search for more interlopers, as well as study selected objects from this Hubble survey in greater detail to understand their effects on their environment.

one of the questions that these very showy encounters raise is what effect they have on the clouds," says team member Mark Morris of the University of California, Los Angeles. "Is it an insignificant flash in the pan, or do the strong winds from these stars stir up the clouds and thereby slow down their evolution toward forming another generation of stars?"

Sahai will discuss his team's results at an 11 a.m. (PST) press conference Jan. 7, at the American Astronomical Society meeting in Long Beach, Calif.

The science team consists of R. Sahai of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif., M. Morris of the University of California in Los Angeles, M. Claussen of the National Radio Astronomy Observatory in Socorro, N.M., and R. Ainsworth of the University of Tennessee in Knoxville.

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