대부분의 거대 별들은 외별이 아니다.(원거리 은하 관측 및 판정의 오류 가능성을 밝히다)

 

 

그림1> ESO의 VLT를 활용한 연구에서 O-타입의 별들로 알려진 고온의 밝은 별들은 이중별로 존재하는 경우가 자주 있음을 발견하였다.

이 이중별 중 상당수에서 질량이 하나의 별에서 다른 별로 옮겨지는 별들 간의 뱀파이어 현상이 발생하고 있었으며 이 그림은 이와 같은 모습을 묘사한 상상화이다. 

 

The full news release story:

 

유럽 남반구 천문대(the European Southern Observatory, 이하 ESO)의 VLT(Very Large Telescope, 이하 VLT)를 활용한 연구에서 은하의 진화를 구동시켜온 대부분의 밝고 무거운 별들이 혼자 존재하는 별이 아니라는 사실이 밝혀졌다.

이전에 추측해왔던 것보다 훨씬 많은,  3/4에 달하는 대부분의 별들이 가까이에 동반성을 거느리고 있다는 사실이 밝혀진 것이다. 

또 놀라운 사실은 이 이중별 대부분에서 질량전이와 같은 파괴적인 사건이 진행되고 있다는 것이었으며 약 1/3에 해당하는 별들이 궁극적으로는 하나의 별로 통합될 것으로 예견된다는 점이다.  

 

이번 연구 결과는 7월 27일 사이언스 지에 개재되었다.

 
우주는 정말 다양성이 넘치는 공간이며, 대부분의 별들은 우리 태양과는 완전히 다른 모습을 하고 있다.

국제 연구팀은 VLT를 활용하여 O-타입의 별로 알려져 있는,  초고온의 매우 무겁고,  매우 밝은 별들을 연구하였다.

 

 

사진1> 이 사진은 왼쪽부터 각각 카리나 성운, 독수리 성운(중앙), IC 2944(우측)를 보여주고 있다.

이곳은 모두 O-타입의 분광유형을 보이는 밝은 별들을 포함하여 수많은 어린 별들을 가지고 있는 별 생성지역이다.

이번 ESO VLT관측에 사용된 O-타입의 별들이 원으로 표시되어 있다.

이들 중 많은 별들이 이중별이라는 사실이 발견되었으며 이 이중별 중 상당수에서 질량전이 현상이 발견되었다.

 

이 별들은 매우 짧고 격렬한 삶을 살게 되며 은하의 진화에 있어서 핵심 역할을 수행하고 있다.

이들은 또한 감마선 폭발이나  보다 작은 별이 자신보다 큰 이웃별의 표면을 빨아먹는 '뱀파이어 별' 과 같은 극한의 현상과 연관되어 있다.

 
이번 논문의 주 저자인 네덜란드 암스테르담 대학의 Hugues Sana는 이 별들을 다음과 같이 묘사하고 있다.
"이 별들은 절대적인 괴물들입니다. 이들의 질량은 태양의 15배에서 수십배에 달하며 그 밝기는 백만배에 이르는 별들입니다.
이 별들은 너무나 뜨거워서 매우 밝은 청백색의 빛을 뿜어내며 표면 온도는 섭씨 30,000도에 달합니다."

 

천문학자들은 이번 연구의 샘플로 71개의 O-타입의 외별과  우리 은하의 어린 성단 근처에 있는 6개의 이중별을 선정하였다.

이들이 연구를 수행하는데 있어 대부분의 관측은 VLT를 포함한 ESO의 망원경을 활용하였다. 
 
이 별들로부터 발생한 빛을 이전보다도 훨씬 세부적으로 분석함으로써, 연구팀은 이들 O-타입 별들의 관측결과,  이전에 추측했던 것 보다도 훨씬 높은 정도인 75퍼센트의 별들이 연성계로 존재한다는 것을 알게 되었고 이번 연구는 그 숫자를 처음으로 정확하게 결정지은 것이다. 

비록 이들은 일반적으로 추정되어 왔던 것보다 훨신 높은 이중별의 비율과, 이들이 상호작용(이른바 뱀파이어 별이라고 불리는 별들간의 질량이전이나 통합)을 할 만큼 충분히 가까운 거리를 유지하고 있다는 것을 발견했지만 이보다 더 중요하게도 이번 발견은 은하의 진화에 대한 이해에 있어 보다 근본적인 영향을 행사한다는데 의미가 있다. 
 

O-타입의 별은 우주에 존재하는 별의 단지 몇 퍼센트 정도밖에 되지 않지만 이들과 연관된 파괴적인 현상들은 이들이 주변환경에 불균형 효과를 만들어왔음을 의미한다.

이들로부터 쏟아져나오는 폭풍과 쇼크는 별의 생성을 촉발시키기도 하고, 별의 생성을 멈추게 하기도 하며, 이들로부터 쏟아져나온 강력한 복사가 성운들을 불타오르게 만들기도 한다.
또한 이들은 초신성이 되어 생명에게 매우 중요한 무거운 원소들을 풍부히 만들어 내기도 하고, 우주에서 가장 강력한 현상중 하나인 감마선 폭발과 연계되기도 한다.
결국 O-타입의 별들은 은하의 진화를 파생시키는 수많은 매커니즘과 관련이 되는 별인 것이다. 
 
이번 연구의 공동 저자인 우주망원경과학 연구소의 Selma de Mink는 다음과 같이 말하고 있다.
"별의 일생은 그 별이 다른 별의 곁에 함께 존재하는지에 매우 큰 영향을 받습니다.
만약 두 별의 공전궤도가 매우 가깝다면 이들은 결국 하나로 합쳐지게 될 것입니다.
그러나 설령 그렇게 가깝게 공전하지 않는다고 하더라도, 이중별에서 하나의 별은 이웃 별의 표면물질들을 끌어오는 현상을 자주 보입니다. "

 
이번 연구에서는 O-타입의 별들중 약 20에서 30퍼센트의 별들이 결국 하나로 합쳐질 것으로 예측되었는데, 별들간의 합병은 매우 파괴적인 사건이다. 

그러나 이보다는 부드러운 강도로 약 40에서 50퍼센트 이상의 별이 '뱀파이어 별'이라는 시나리오를 거치게 되는데 이 현상은 별들이 진화하는데 있어 매우 깊은 영향을 미치는 사건이 된다.

 
지금까지 대부분의 천문학자들은 매우 가깝게 공전하는 거대 질량의 이중별은 예외적인 경우로 간주해왔으며 때때로 X선 연성계, 이중 펄서, 그리고 이중 블랙홀과 같은 이례적인 경우를 설명하는데만 이 현상을 고려해 왔다.

 

이번 연구는 우주에 대한 적절한 해석방향과 함께  '거대 질량의 연성계는 일반적인 현상이 아니'라든가, '이중별의 삶은 외별의 삶과는 근본적으로 다른 양상을 보인다'와 같은 일방적인 단순화가 만들어질 수 없음을 보여주고 있다. 
 
예를 들어 뱀파이어 별의 경우, 보다 작고 보다 작은 질량의 별은 자신의 동반성으로부터 신선한 수소를 빨아오면서 젊음을 회복하게 된다.

그 결과 질량은 계속적으로 증가하게 되고 이 별은 자신의 동반성보다 훨신 오래 살아남게 된다. 
즉, 이 별들은 동일한 질량의 외별보다는 훨씬 오래 살아남는 결과를 초래하게 되는 것이다.

 

 

동영상1> 이중별에서 발생하는 뱀파이어 별 양상

그에 반해 희생이 된 별은 매우 밝게 빛나는 적색 거성으로 부풀어오를 기회를 맞기도 전에 자신의 표피를 모두 빼앗기게 되면서 고온의 푸른 핵이 노출된다.

 

그 결과 원거리에 존재하는 은하의 별 구성은 마치 실제보다도 훨씬 어린 세대의 별들인것처럼 보이게 된다.
뱀파이어 별은 젊어지게 됐고, 희미해진 희생자 별은 더 뜨거워지고 더 푸른색을 갖추면서 외양에 있어서는 어린 별과 비슷한 모습을 보이게 되는 것이다. 
 
그러므로 이처럼 상호작용하는 거대 질량의 이중별의 비율을 알아내는 것은 원거리에 존재하는 은하의 성격을 제대로 이해하는데 매우 중요한 요소가 된다. 
 
Sana는 다음과 같이 결론을 맺고 있다.
"원거리 은하들에 대해 천문학자들이 가지고 있는 정보라고는 관측망원경에 닿은 빛 뿐입니다.
이 빛에 대한 책임있는 가정없이는 그 은하의 질량이 어떻게 되고, 연령이 어느정도 됐는지에 대해서 결론을 내릴수가 없게 되는 것입니다. 
이번 연구는 대부분의 별들이 외별일 것으로 가정한 결과 잘못된 결론이 도출되는 경우가 많다는 것을 보여줍니다."
 
이번 연구의 효과가 얼마나 큰지를 이해하고, 얼마나 많은 새로운 관점이 우주의 진화에 대한 시각을 바꾸게 될 것인지에 대해서는 보다 많은 작업들이 필요하게 될 것이다. 

이중별의 행태를 모델링하는 것은 복잡한 작업이기 때문에 이러한 모든 가정을 포함한 은하 형성의 모델을 수립하는데는 더 많은 시간이 걸릴 것이다.

 

이번 연구팀의 구성은 다음과 같다. 
H. Sana (Amsterdam University, The Netherlands)
S.E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.; Johns Hopkins University, Baltimore, Md.)
A. de Koter (Amsterdam University; Utrecht University, The Netherlands)
N. Langer (University of Bonn, Germany)
C.J. Evans (UK Astronomy Technology Center, Edinburgh, UK)
M. Gieles (University of Cambridge, UK)
E. Gosset (Liege University, Belgium)
R.G. Izzard (University of Bonn, Germany)
J.-B. Le Bouquin (Universite Joseph Fourier, Grenoble, France) 
F.R.N. Schneider (University of Bonn, Germany)
 
* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
본 내용은 2012년 7월 26일 발표된 뉴스입니다.

이번 발표 뉴스는 유럽 남반구 천문대(the European Southern Observatory, ESO)에서 발표되어 본문 이외 그림, 사진 등의 자료들은 ESO(http://www.eso.org)에서 추출되었습니다.

 

참고 : 다양한 별에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

 

그림1> 출처 : http://www.eso.org/public/images/eso1230a/

Artist’s impression of a vampire star and its victim

New research using data from ESO’s Very Large Telescope has revealed that the hottest and brightest stars, which are known as O stars, are often found in close pairs. Many of such binaries transfer mass from one star to another, a kind of stellar vampirism depicted in this artist’s impression.

 

Credit:

 

ESO/M. Kornmesser/S.E. de Mink

 

사진1> 출처 : http://www.eso.org/public/images/eso1230b/

These spectacular panoramic views show parts of the Carina Nebula (left), the Eagle Nebula (centre) and IC 2944 (right). These are all regions of star formation that contain many hot young stars including several bright stars of spectral type O. The O stars in these star-forming regions that were included in a new survey using ESO’s Very Large Telescope are marked with circles. Many of these stars were found to be close pairs and such binaries often transfer mass from one star to the other.

The pictures were created from images taken with the Wide Field Imager on the MPG/ESO 2.2-metre telescope at ESO’s La Silla Observatory in Chile.

 

Credit:

 

ESO

 

동영상1>http://www.eso.org/public/videos/eso1230a/

This artist's impression shows how hot, brilliant and high-mass stars evolve. New work using ESO telescopes has shown that most such stars are in pairs. These stars are up to one million times brighter than the Sun, and evolve about one thousand times more quickly. As the stars evolve they expand slowly. The more massive brighter star expands first, until the outer layers start to strongly feel the gravitational pull of the companion, deforming the star into a teardrop shape. The companion then starts to suck material from the primary star. When the primary has been stripped from its entire hydrogen rich envelope it shrinks. At this point the secondary star is now rotating very fast and has an oblate shape. The hot compact star continues to fuse heavier and heavier elements in its centre until it explodes as a supernova. During the explosion a neutron star is born which probably escapes. The secondary is left behind alone. It swells up and becomes a red supergiant with a radius a few times larger than the orbit of the Earth around the Sun. Eventually the second star also explodes as a supernova.

Note: this video is based on simulations but is not intended to be quantitatively accurate in detail.

 

Credit:

 

ESO/L. Calçada/M. Kornmesser/S.E. de Mink

 

The full news release story:

A new study using the European Southern Observatory's (ESO) Very Large Telescope (VLT) has shown that most very bright high-mass stars, which drive the evolution of galaxies, do not live alone. Almost three-quarters of these stars are found to have a close companion star, far more than previously thought. Surprisingly most of these pairs are also experiencing disruptive interactions, such as mass transfer from one star to the other, and about one-third are even expected to ultimately merge to form a single star. The results are published in the July 27 issue of the journal Science.

The universe is a diverse place, and many stars are quite unlike the Sun. An international team has used the VLT to study what are known as O-type stars, which have very high temperature, mass, and brightness. These stars have short and violent lives and play a key role in the evolution of galaxies. They are also linked to extreme phenomena such as gamma-ray bursts and "vampire stars," where a smaller companion star sucks matter off the surface of its larger neighbor.

"These stars are absolute behemoths," said Hugues Sana (University of Amsterdam, The Netherlands), the lead author of the study. "They have 15 or more times the mass of our Sun and can be up to a million times brighter. These stars are so hot that they shine with a brilliant blue-white light and have surface temperatures over 54,000 degrees Fahrenheit."

The astronomers studied a sample of 71 O-type single stars and stars in pairs (binaries) in six nearby young star clusters in the Milky Way. Most of the observations in their study were obtained using ESO telescopes, including the VLT.

By analyzing the light coming from these targets in greater detail than before, the team discovered that 75 percent of all O-type stars exist inside binary systems, a higher proportion than previously thought, and the first precise determination of this number. More importantly, though, they found that the proportion of these pairs that are close enough to interact (through stellar mergers or transfer of mass by so-called vampire stars) is far higher than anyone had thought, which has profound implications for our understanding of galaxy evolution.

O-type stars make up just a fraction of a percent of the stars in the universe, but the violent phenomena associated with them mean they have a disproportionate effect on their surroundings. The winds and shocks coming from these stars can both trigger and stop star formation, their radiation powers the glow of bright nebulae, their supernovae enrich galaxies with the heavy elements crucial for life, and they are associated with gamma-ray bursts, which are among the most energetic phenomena in the universe. O-type stars are therefore implicated in many of the mechanisms that drive the evolution of galaxies.

"The life of a star is greatly affected if it exists alongside another star," said Selma de Mink of the Space Telescope Science Institute, in Baltimore, Md., a co-author of the study. "If two stars orbit very close to each other they may eventually merge. But even if they don't, one star will often pull matter off the surface of its neighbor."

Mergers between stars, which the team estimates will be the ultimate fate of around 20 to 30 percent of O-type stars, are violent events. But even the comparatively gentle scenario of vampire stars, which accounts for a further 40 to 50 percent of cases, has profound effects on how these stars evolve.

Until now, astronomers mostly considered that closely orbiting massive binary stars were the exception, something that was only needed to explain exotic phenomena such as X-ray binaries, double pulsars, and black hole binaries. The new study shows that to properly interpret the universe, this simplification cannot be made: these heavyweight double stars are not just common, their lives are fundamentally different from those of single stars.

For instance, in the case of vampire stars, the smaller, lower-mass star is rejuvenated as it sucks the fresh hydrogen from its companion. Its mass will increase substantially and it will outlive its companion, surviving much longer than a single star of the same mass. The victim star, meanwhile, is stripped of its envelope before it has a chance to become a luminous red supergiant. Instead, its hot, blue core is exposed. As a result, the stellar population of a distant galaxy may appear to be much younger than it really is: both the rejuvenated vampire stars, and the diminished victim stars become hotter, and bluer in color, mimicking the appearance of younger stars. Knowing the true proportion of interacting high-mass binary stars is therefore crucial to correctly characterize these faraway galaxies.

"The only information astronomers have on distant galaxies is from the light that reaches our telescopes. Without making assumptions about what is responsible for this light we cannot draw conclusions about the galaxy, such as how massive or how young it is. This study shows that the frequent assumption that most stars are single can lead to the wrong conclusions," concluded Sana.

Understanding how big these effects are, and how much this new perspective will change our view of galactic evolution, will need further work. Modeling binary stars is complicated, so it will take time before all these considerations are included in models of galaxy formation.

The science team is composed of H. Sana (Amsterdam University, The Netherlands), S.E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.; Johns Hopkins University, Baltimore, Md.), A. de Koter (Amsterdam University; Utrecht University, The Netherlands), N. Langer (University of Bonn, Germany), C.J. Evans (UK Astronomy Technology Center, Edinburgh, UK), M. Gieles (University of Cambridge, UK), E. Gosset (Liege University, Belgium), R.G. Izzard (University of Bonn, Germany), J.-B. Le Bouquin (Université Joseph Fourier, Grenoble, France) and F.R.N. Schneider (University of Bonn, Germany).

For additional images, video, and more information, visit:

http://www.eso.org/public/news/eso1230

 

CONTACT

Richard Hook
European Southern Observatory (ESO), Garching, Germany
011-49-89-3200-6655
rhook@eso.org

Selma de Mink
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4304
demink@stsci.edu

Hugues Sana
Amsterdam University, Amsterdam, The Netherlands
011-31-20-525-8496
h.sana@uva.nl

Ray Villard / Cheryl Gundy
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514 / 410-338-4707
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