두 개의 원시별이 경광등처럼 뿜어내는 별빛

 

 

그림1> NASA의 스피처 우주망원경과 허블 우주망원경이 협력하여 경찰차의 경광등처럼 행동하는 수수께끼의 어린 별을 발견했다.

좌측 : 스피처 우주망원경이 적외선으로 탐사한 LRLL 54361에 인공색체를 입힌 사진으로 이 천체는 950광년 거리에 위치하는 새로운 별의 생성지역 IC 348 안쪽에서 발견되었다. 
스피처 우주망원경이 전형적인 원시별로 보이지만 괴상한 양상을 보이는 변광성을 발견한 것이다. 
이 천체는 매 25.34일 주기로 폭발적인 빛을 방출하고 있었다.

가운데 : 허블 우주망원경이 촬영한 단색 이미지는 이 원시별 주위의 세부 구조를 밝혀 주고 있다.
원시별을 둘러싼 원반의 위아래로 두 개의 빈 공간을 따라 산란되고 있는 빛을 볼 수 있다.

이 두 개의 빈 공간은 중심에 존재하는 천체로부터 흘러나온 폭풍에 의해 먼지와 가스가 밀려나가면서 형성된 것으로 보인다.

우측 : 중심부에 두 개의 어린 별이 존재할 것이라는 가정하에 그려진 상상도이다.

천문학자들은 이 곳에서 발생하는 불꽃이 각 별을 감싸고 있는 물질들이 갑작스럽게 별로 떨어질 때 발생하는 것으로 추측하고 있으며 이 별들이 공전궤도 상에서 서로 가까워질 때 폭발적인 복사가 발생하는 것으로 추측하고 있다.

The full news release story:

 

NASA의 위대한 두 대의 우주망원경인 스피처 우주망원경과 허블 우주망원경이 팀을 이뤄, 마치 경찰의 경광등처럼 행동하는 미스테리한 어린 별을 발견해냈다.

LRLL 54361로 등재된 이 천체는 매 25.34시간마다 폭발적인 빛을 뿜어내고 있다.

비록 비슷한 현상이 다른 어린 연성계에서도 관측되지만, 이 천체는 가장 강력한 빛을 등대처럼 뿜어내고 있었다.

 

이 불꽃의 중심부는 고밀도의 원반과 먼지에 휩싸여 있는 상태이다.

천문학자들은 불빛이 이와 같이 보이는 것은 새로 생성된 두 개의 별이 서로 중력연동되어 주기적인 상호작용을 벌이고 있는 결과인 것으로 추측하고 있다.

이번에 발견된 천체는 새로운 별이 생성되는 초기단계에서  거대한 양의 가스와 먼지들이 새로운 연성계를 구성하는데 있어 얼마나 빠른 속도로 강착되어가는지에 대한 통찰을 제공해주고 있다. 
 
천문학자들은 여기에서 발생하는 섬광은 원시별로 알려진 이제 막 생성되고 있는 별에 물질이 갑작스럽게 쏟아져 들어가기 때문이라고 추측하고 있으며 폭발적인 복사 방출은 이들이 공전 궤도상에서 가까이 접근할 때마다 발생하는 것이라고 추측하고 있다. 

이것을 이른바, '맥동-강착 모델(pulsed-accretion model)'이라고 부른다.

 

이러한 현상은 별의 생성에 있어 후반부에 관측되었던 현상이며, 이전에 이처럼 어린 연성계에서는, 더군다나 이처럼 강력하고, 규칙적인 주기를 보이고 있는 현상이 관측된 적은 없었다.

 

우주망원경과학 연구소의 제임스 뮤츠롤(James Muzerolle)은 이와 같은 원시별이 이처럼 정확한 주기를 가진 거대한 밝기 변이를 보이는 현상은 설명하기 매우 어려운 현상이라고 말했다. 

그의 논문은 1월 17일 과학잡지 네이처에 발표되었다.

 

LRLL 54361은 스피처 우주망원경이 950광년 거리의 별 생성구역인 IC 348내부에서 변광성으로 탐지하였다. .

스피처 우주망원경이 측정한 적외선 스펙트럼은 이 별이 전형적인 원시별임을 말해주고 있다.

이 별들의 연령은 기존 통계분석에 근거해볼 때 탄생한지 고작 몇 십만년 정도밖에 되지 않은 상태이다.

 

지난 7년동안 스피처의 자외선 데이터를 반복 축척한 결과 이 별의 밝기는 비정상적인 폭발 양상을 보여주고 있었다.

 

더더군다나 놀라웠던 것은 이 폭발이 25.34일을 주기로 반복되고 있었다는 것인데 이는 매우 드문 현상이었다.

이에 대해 좀더 면밀한 분석을 진행할 결과 논문의 저자들은 이를 맥동형 각착 모델로 제안했다.

 

 

그림 2> 허블 우주망원경이 촬영한 이 일련의 사진은 원시별 LRLL 54361로부터 쏟아져 나오는 빛의 맥동 양상을 보여주고 있다.

이 빛의 대부분은 이 원시별을 완전히 휘감고 있는 먼지 원반에 산란된 결과 발생하는 것이다.

천체 중심해 명백히 모서리를 드러내고 있는 원반이 보이고 각각 구분되어 보이는 세개의 구조물은 폭풍이 휘몰아쳐 나오는 빈공간으로 해석되고 있다.

산란되고 있는 빛의 확장과 형태는 25.34일을 주기로 달라지고 있다.

이와 같은 변화는 먼지 구름 내부에 퍼져나가는 빛의 맥동이 원인일 것이다.

천문학자들은 이 불꽃이 갑작스럽게 연성계로 주위의 물질들이 쏟아져내리면서 발생하는 것으로 추측하고 있다.

그리고 폭발적인 복사의 방출은 각 별이 공전 궤도 상에서 서로 가까이 위치할 때 발생하는 것으로 추측하고 있다.

인위적인 색체를 입힌 이 근적외선 사진은 허블 WFC3로 촬영되었다.

 

허블 우주망원경은 스피처 우주망원경의 관측 자료를 확정하는데 사용되었으며,  이 원시성 주변의 세부 구조를 밝혀주었다.

허블의 관측 데이터에서는 먼지 원반의 모서리 위, 아래로, 빛이 산란되면서 나타나고 있는 빈 공간을 식별할 수 있었다.

이 공간은 주위를 둘러싸고 있는 먼지와 가스 덩어리들이 가까운 중심부에 위치한 별들로부터 쏟아져나온 별폭풍에 의해 밀려나가면서 형성된 것으로 보인다.

이 먼지원반은 연성계가 형성되는 것으로 의심되는 이 지역을 직접 관측하기 어렵게 만들고 있다.

펄스의 일회 발생 이상의 과정을 여러 장의 사진으로 촬영하면서 허블우주망원경은 연성계의 중심으로부터 극적으로 쏟아져나온 빛들이 만들어 내는 이른바 '빛의 메아리'현상이라 불리는 광학적 착시 현상을 만들어내고 있음을 발견하였다.

 

뮤츠롤과 그의 팀원들은 먼지 구름의 중심에 한 쌍의 별이 자리잡고 있고, 이 별들이 서로간에 강착 궤도를 그리며 돌고 있다는 가설을 세웠다.

이 별들이 서로 가까워지게 되면 먼지와 가스들이 주위 원반으로부터 안쪽 모서리로 끌려들어가게 된다.

이 물질들이 결국 이 별 중 하나 또는 두 개 모두에 충돌하게 되고 여기서 촉발된 불꽃이 주위 먼지들을 환하게 비춘다는 것이다.

이러한 구조는 매우 희귀한 구조에 해당된다.

왜냐하면 서로 간에 바짝 붙어 있는 연성계는 우리 은하 전체 별에서 차지하는 비중이 고작 수 퍼센트밖에 되지 않기 때문이다.

또한 이와 같은 단계는 연성계가 생겨날 때 아주 짧은 기간동안만 유지되는 현상으로 간주되고 있다.

 

"맥동-강착 모델이 맞다고 가정한다면 원반 역시 연성계 원반이 되는 거랍니다." 이는 두 별 모두에 원반에 존재하는 것을 의미한다. 
"아마도 강력한 펄스 신호가 주어지는 기회는 줄어들겠지만, 아마 각 별 주위를 감싸고 있는 작은 원반들이 있는 것일지도 모르죠."

뮤츠롤과 그의 연구팀은 허셜 우주망원경을 포함한 다른 관측 기구를 이용하여 LRLL 54361에 대한 관측을 계속 진행할 예정이며,
궁극적으로 이 연성계와 그 공전 궤도에 대한 정확한 측정치 획득을 희망하고 있다.

"이 연성계는 계속 놀라운 모습을 우리에게 보여줄 것이고 우리는 다음에 무슨일이 벌어질지 마냥 기다릴 수만은 없는 상황이죠."

 

 

 

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2013년 2월 7일 발표된 뉴스입니다.

 

참고 : LRLL 54361을 비롯한 각종 별들에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다. 
          https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

원문>

 

Strobe-like Flashes Discovered in a Suspected Binary Protostar

 

그림1> Protostar LRLL 54361

ABOUT THIS IMAGE:

NASA's Spitzer and Hubble space telescopes have teamed up to uncover a mysterious infant star that behaves like a police strobe light.

[Left] — This is a false-color, infrared-light Spitzer image of LRLL 54361 inside the star-forming region IC 348 located 950 light-years away. The Spitzer Space Telescope discovered an unusual variable object that has the typical signature of a protostar. The object emits a burst of light every 25.34 days.

[Center] — This Hubble Space Telescope monochromatic-color image resolves the detailed structure around the protostar, consisting of two cavities that are traced by light scattered off their edges above and below a dusty disk. The cavities were likely blown out of the surrounding natal envelope of dust and gas by an outflow launched near the central object.

[Right] — This is an artist's impression of the hypothesized central object that may be two young binary stars. Astronomers propose that the flashes are due to material in a circumstellar disk suddenly being dumped onto the growing stars and unleashing a blast of radiation each time the stars get close to each other in their orbit.

Object Names: LRLL 54361, L54361

Image Type: Astronomical/Illustration

 

Credit: NASA, ESA, J. Muzerolle (STScI), E. Furlan (NOAO and Caltech), K. Flaherty (University of Arizona/Steward Observatory), Z. Balog (Max Planck Institute for Astronomy), and R. Gutermuth (University of Massachusetts, Amherst)

Acknowledgment: R. Hurt (Caltech/Spitzer Science Center)

 

The full news release story:

Two of NASA's Great Observatories, the Spitzer and Hubble space telescopes, have teamed up to uncover a mysterious infant star that behaves like a police strobe light.

Every 25.34 days, the object, designated LRLL 54361, unleashes a burst of light. Though a similar phenomenon has been seen in two other young stellar objects, this is the most powerful such beacon seen to date.

The heart of the fireworks is hidden behind a dense disk and envelope of dust. Astronomers propose that the light flashes are caused by periodic interactions between two newly formed stars that are gravitationally bound to each other. The newly discovered object offers insights into the early stages of star formation when a lot of gas and dust is being rapidly accreted to form a new binary star.

Astronomers propose that the flashes are due to material suddenly being dumped onto the growing stars, known as protostars, unleashing a blast of radiation each time the stars get close to each other in their orbit. This is the so-called pulsed-accretion model. The phenomenon has been seen in later stages of star birth but never in such a young system, nor with such intensity and regularity.

"This protostar has large brightness variations with a precise period that is very difficult to explain," said James Muzerolle of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md. His paper appeared in the January 17 issue of the science journal Nature.

LRLL 54361 was discovered by the Spitzer Space Telescope as a variable object inside the star-forming region IC 348, located 950 light-years away. The infrared spectrum as measured by Spitzer has the typical signature of a protostar. These stars are estimated to be no more than a few hundred thousand years old, based on statistical analysis.

The Spitzer infrared data, taken repeatedly over a period of seven years, showed unusual outbursts in the brightness of the star. Surprisingly, the outbursts recurred every 25.34 days, a very rare phenomenon. Further analysis of the data led the authors to propose the pulsed-accretion model.

The Hubble Space Telescope was used to confirm the Spitzer observations and revealed the detailed structure around the protostar. Hubble resolved two cavities that are traced by light scattered off their edges above and below a dusty disk. The cavities were likely blown out of the surrounding natal envelope of dust and gas by an outflow launched near the central stars. The envelope and disk prevent the suspected binary star pair from being directly observed. By capturing multiple images over the course of one pulse event, the Hubble observations uncovered a spectacular movement of light away from the center of the system, an optical illusion known as a light echo.

Muzerolle and his team hypothesized that a pair of stars lie in the center of the dust cloud, moving about each other in a very eccentric orbit. As the stars approach each other, dust and gas are dragged from the inner edge of a surrounding disk. The material ultimately crashes onto one or both stars, which triggers a flash of light that then illuminates the circumstellar dust. The system is rare because close binaries account for only a few percent of our galaxy's stellar population. And this is likely a brief, transitory phase in the birth of a star system. "Assuming the pulsed accretion hypothesis is correct, the disk is circumbinary," which means it encircles both stars. "There may be small circumstellar disks around each star, though that is perhaps less likely given the strong pulse signature," said Muzerolle.

Muzerolle's team plans to continue monitoring LRLL 54361 using other facilities including the Herschel Space Telescope, and hopes to eventually obtain more direct measurements of the binary star and its orbit. "This system continues to surprise us, and we can't wait to see what happens next!"

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

James Muzerolle
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4719
muzerol@stsci.edu

 

그림 2> LRLL 54361 Light Echo — Hubble

ABOUT THIS IMAGE:

This sequence of images from the Hubble Space Telescope shows a pulse of light emanating from the protostellar object LRLL 54361. Most if not all of this light results from scattering off circumstellar dust in the protostellar envelope.

An apparent edge-on disk visible at the center of the object and three separate structures are interpreted as outflow cavities. The extent and shape of the scattered light changes substantially over a 25.34-day period.

This is caused by the propagation of the light pulse through the nebula. Astronomers propose that the flashes are due to material in a circumstellar disk suddenly being dumped onto a binary pair of forming stars. This unleashes a blast of radiation each time the stars get close to each other in their orbit.

These false color, near-infrared-light photos are from Hubble's Wide Field Camera 3.

Object Names: LRLL 54361, L54361

Image Type: Astronomical/Annotated

Credit: NASA, ESA, J. Muzerolle (STScI), E. Furlan (NOAO and Caltech), K. Flaherty (University of Arizona/Steward Observatory), Z. Balog (Max Planck Institute for Astronomy), and R. Gutermuth (University of Massachusetts, Amherst)