가락지성운(M57)의 구조를 추적하다.

 

사진 1>

사진 설명 : 이 사진에는 NASA허블 우주망원경에 의해 취득된 가시광선 데이터와 아리조나 주에 위치한 대형 쌍안경으로부터 취득한 적외선 데이터로 조합해낸 유명한 가락지성운의 드라마틱한 모습이 담겨있다.           

행성상성운이라 불리는 천체에 해당하는 가락지성운은 우리 태양과 같은 별의 불타는 잔해이다.

이 천체는 지구를 향해 도열하고 있어 가락지를 정면에서 바라보는 모습을 천문학자들에게 보여주고 있다.

허블의 관측 데이터는 이 성운의 형태가 지금까지 천문학자들이 생각해온 것보다 훨씬 더 복잡하다는 사실을 알려주었다.

성운의 중심에 위치하고 있는 푸른색 가스는 실제로 미식축구공과 같은 모습을 하고 있는 것으로  이 덩어리가 붉은 색의 도넛 모양 천체의 중앙을 관통하고 있는 것이다.

허블의 데이터는 가락지의 안쪽 테두리를 따라 위치하고 있는 고밀도의 검은, 다양한 형태의 가스로 된 점의 세부구조 또한 밝혀주었다.

이 점들은 마치 자전거의 바큇살처럼 보인다.

허블이 촬영한 사진은 연구팀이 이 점들을, 그림자 효과를 만들어내고 있는 밝은 가락지 주변을 둘러싼 빛의 파동과 매칭시키는데  사용되고 있다.

가락지를 둘러싸고 있는 희미한 물결모양의 물질들은 행성상성운의 생성 초기에 별로부터 쏟아져 나온 물질들이다.

가락지 외곽부의 이 물질들은 대형 쌍안경에 의해 촬영된 것이다.

 대부분의 태양과 같은 별들은 삶의 마지막 단계에서 행성상성운이 된다.

별이 자신을 밝게 빛나게 만들어주는 연료인 수소를 모두 소진하고 나면 적색 거성으로 부풀어오르게 되고,  부풀어오른 별은 자신의 표피를 쏟아내 버리면서 뜨거운 핵이 노출된다.

이 핵으로부터 복사되어 나오는 자외선이 이전에 떨어져나간 물질들을 비추게 되고, 불타오르게 만든다.

백색왜성이라 불리는 별의 핵이 가락지 성운의 중심에 작은 하얀색 점으로 보인다.

가락지성운은 거문고 자리 방향으로 2천 광년 거리에 위치하고 있으며 지름은 약 1광년이다.

허블 우주망원경의 관측 자료는 2011년 9월 19일 WFC3로 촬영된 것이고, 대형 쌍안경의 데이터는 2010년 6월 6일 촬영된 것이다.

사진에서 푸른색은 헬륨을, 초록색은 산소를, 그리고 빨간색은 수소를 나타낸다.

대형 쌍안경은 아리조나 그레이엄 산 국제 천문대에 설치된 망원경 중 하나이다.

 

 

News release from NASA:

 

가락지성운의 독특한 외양은 이 천체를 각종 천체서적에 실릴만큼 유명한 천체로 만들어주었다.
그런데 NASA의 허블 우주망원경이 삶을 마치고 있는 우리 태양과 같은 별의 주변을 휘감고 있는 불타는 가스를 관측한 결과 새로운 구조를 밝혀냈다.  

테네시 주 내슈빌, 반더빌트 대학의 C.로버트 오드넬(C. Robert O'Dell)은  "이 성운은 베이글이라기보다는 차라리 젤리 도넛에 가까운 성운입니다.  왜냐하면 중심부가 물질들로 가득 들어차 있기 때문이죠."라고 말했다.

그와 그의 연구팀은 허블 우주망원경과 몇몇 지상에 위치한 망원경을 이용하여 하나의 아이콘처럼 인식된 이 성운에 대해 최상의 관측 데이터를 얻는 것을 목표로 연구를 진행하고 있다.

이 사진들은 한때 천문학자들이 생각했던것 보다 훨씬 복잡한 구조를 보여주고 있으며 연구팀으로 하여금 이 성운에 대해 가장 정밀한 3D모델을 구축하는데 도움을 주었다.  

오드넬의 설명은 다음과 같다.
"허블로 볼 수 있는 세부 모습에서 우리는 이 유명한 성운에 대해 지금까지 생각해왔던 것과는 완전히 다른 모습을 볼 수 있습니다. 
새로운 허블의 관측 자료들은 이 성운에 대해 훨씬 명확한 세부 모습을 보여주고 있죠.
그리고 우리는 이 성운이 이전에 우리가 생각했던 것처럼 그다지 단순하지만은 않다는 것을 보게 되었습니다."

가락지성운은 지구로부터 2천광년 거리에 존재하며 그 지름은 약 1광년에 달한다.

거문고 자리에 위치하고 있는 이 성운은 아마추어 천문가들 사이에서 가장 인기있는 관측대상이기도 하다.

이전에 몇몇 망원경에 의해 수행된 관측들은 가락지의 중심 지역에서 가스 물질들을 탐지해낸바 있다.
그러나 허블의 고해상도 장비인 WFC3(Wide Field Camera 3)로 촬영된 새로운 사진에서는 이 성운의 구조에 대해 훨씬 자세한 모습을 보여주고 있다.

오드넬의 연구팀은 이 가락지가 미식축구공과 같은 모양의 푸른색 덩어리 구조를 감싸고 있는 것이라고 생각한다.
이 푸른색 덩어리의 각 끝 부분은 가락지와는 반대방향으로 돌출되어 나왔다는 것이다.

 

이 성운은 지구쪽으로 정렬하고 있고 그래서 천문학자들은 이 가락지를 정면에서 바라보는 상태이다.

 

동영상 1> 오드넬과 그의 연구팀이 제안한 가락지 성운 의 형태

 

허블이 촬영한 사진에서 푸른색 구조는 불타고 있는 헬륨이다.
가락지의 중앙에 하얀색 점으로 보이는 백색왜성으로부터 쏟아져나오는 복사가 헬륨을 불태우고 있는 것이다. 
백색왜성은 우리 태양과 같은 별이 수소 연료를 모두 소진하고 중력붕괴에 의해 자신의 표피부를 모두 쏟아내고 남은 고밀도의 작은 천체이다.
 

오드넬의 연구팀은 허블이 촬영한 고해상도 사진에서 가락지의 안쪽부분을 따라 보이는 검고, 불규칙한 형태를 띤 고밀도의 가스 점이 마치 자전거 바퀴의 바큇살처럼 보이는데 놀라지 않을 수 없었다.

 

사진 2> 허블우주망원경이 촬영한 사진을 확대한 이 사진에서는 가락지성운의 세부 모습이 여지없이 드러나고 있다.

이 천체는 지구를 향해 정렬하고 있어 가락지의 정면이 항상 우리에게 관측된다.

허블의 데이터는 가락지의 안쪽 테두리를 따라 위치하고 있는 고밀도의 검은, 다양한 형태의 가스점의 세부구조 또한 밝혀주었다.

이 점들은 마치 자전거의 바큇살처럼 보인다.

허블이 촬영한 사진은 연구팀이 이 점들을, 그림자 효과를 만들어내고 있는 밝은 가락지 주변을 둘러싼 빛의 파동과 매칭시키는데  사용되고 있다.

가락지성운은 유명한 행성상성운이며, 행성상성운은 우리 태양과 같은 별의 잔해이다.          

이 성운의 중심부에 보이는 작은 하얀 점은 별의 뜨거운 핵으로서 '백색왜성'이라 불린다.          

사진에서 성운의 중심에 있는 짙은 파란색은 헬륨이다.

가락지 안쪽의 청녹색 불꽃은 수소와 산소를 나타낸 것이며, 가락지 외곽의 붉은 색은 질소와 황으로부터 발생한 것이다.

 

가스로 만들어진 이 촉수와 같은 형상은 죽어가는 별로부터 쏟아져나온 차가운 가스를 그 다음에 팽창하는 뜨거운 가스가 밀어내면서 생성되는 것이다.
이 점들은 별로부터 쏟아져나온 자외선에 의한 침식에 좀더 저항력을 보인다.

 

허블이 촬영한 사진은 연구팀이 이 점들을, 그림자 효과를 만들어내고 있는 밝은 가락지 주변을 둘러싼 빛의 파동과 매칭시키는데 사용되고 있다.

천문학자들은 이와 유사한 점들을 다른 행성상성운에서도 발견하였다.

이 가스들이 자신의 중심 별로부터 쏟아져나온 것은 4천년 전이다.
이 별은 원래 우리 태양보다 몇배 더 무거운 질량을 가지고 있었다.
수십억년이 흘러 이 별의 핵에서 수소는 모두 헬륨으로 변환되었고, 이 별의 연료는 고갈되기 시작하면서 크기가 부풀어 올라 적색거성이 되었다.
이 기간동안 별은 자신의 표피부를 구성하고 있는 가스층들을 우주로 쏟아내기 시작했고, 핵융합반응을 지속하며 붕괴되기 시작하고 사멸해갔다.
죽어가는 별로부터 대량으로 쏟아져나온 자외선이 가스에 에너지를 불어넣으면서 불타오르게 만들기 시작했다.
외곽의 가락지는 빠르게 움직이는 가스가 천천히 움직이는 물질들을 쓸어내면서 형성된 것이다.

이 성운의 팽창 속도는 시속 68,800 킬로미터 이상이지만 중심부에서의 팽창속도는 주 가락지의 팽창속도보다 훨씬더 빠른 상태이다. 오드넬 연구팀은 성운의 팽창을 허블 우주망원경이 1998년에 촬영한 자료와 비교하여 측정해냈다. 가락지성운은 앞으로 1만년 동안 팽창을 지속하게 될텐데 이 시간은 별의 생애 주기에서 아주 짧은 순간에 해당한다. 이 성운은 성간물질로 완전히 퍼져나갈때까지 점점 희미해져갈 것이다.

가락지성운의 운명에 대한 연구는 향후 60억년 내에 닥칠 우리 태양의 파국에 대한 통찰을 제공해줄 것이다. 우리 태양은 가락지성운의 원천이 된 별보다 덜 무거운 별이기 때문에 가락지성운과 같은 호화로운 최후는 맞지 않을 것이다.

오드넬의 설명은 다음과 같다.
"우리 태양이 백색왜성이 되면, 자신의 가스상 표피를 모두 벗어던진 후 좀더 서서이 식어갈 것입니다.
가스를 밝히기에 충분한 온도에 머무르는 동안 물질들은 보다 더 멀리 퍼져나가게 될 것입니다.
여기서 더 먼 거리가 의미하는 것은 우리 태양에 의해 발생할 성운이 더 멀리까지 퍼져나가며 훨씬 더 희미할 거라는 걸 의미하는 것이랍니다."

이번 연구를 위해 연구팀은 허블우주망원경의 데이터 외에  아리조나의 그레이엄산 국제 천문대의 대형쌍안경으로부터 취득한 사진과
멕시코 바야 캘리포니아의 성베드로 순교자 천문대로부터 취득한 분광 데이터를 이용하였다.

그림1>  이 삽화는 천문학자들이 허블우주망원경의 관측 데이터를 근거로 추론한 측면에서 바라본 가락지성운의 모습을 묘사한 것이다.

그림 중앙에 도넛 모양의 구조가 가락지에 해당한다.

이 가락지의 위 아래로 미식축구공 모양의 구조가 돌출되어 있는데 이 구조가 가락지를 관통하고 있다.

고밀도의 가스 점들이 이 가락지의 안쪽 경계에 점점이 박혀있다.

 

 

동영상2> 가락지성운의 구조에 대한 분석

                                                   

 

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2013년 5월 23일 발표된 뉴스입니다.
  

참고 : 가락지성운을 비롯한 각종 성운에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
 https://big-crunch.tistory.com/12346974

       

 

 

원문>

 

사진 1>

Image: Hubble Reveals the Ring Nebula's True Shape

ABOUT THIS IMAGE:

In this composite image, visible-light observations by NASA's Hubble Space Telescope are combined with infrared data from the ground-based Large Binocular Telescope in Arizona to assemble a dramatic view of the well-known Ring Nebula.

Called a planetary nebula, the Ring Nebula is the glowing remains of a Sun-like star.

The object is tilted toward Earth so that astronomers see the ring face-on. The Hubble observations reveal that the nebula's shape is more complicated than astronomers thought. The blue gas in the nebula's center is actually a football-shaped structure that pierces the red doughnut-shaped material. Hubble also uncovers the detailed structure of the dark, irregular knots of dense gas embedded along the inner rim of the ring. The knots look like spokes in a bicycle. The Hubble images have allowed the research team to match up the knots with the spikes of light around the bright, main ring, which are a shadow effect.

The faint, scallop-shaped material surrounding the ring was expelled by the star during the early stages of the planetary nebula formation. This outer material was imaged by the Large Binocular Telescope.

Most Sun-like stars become planetary nebulae at the end of their lives. once a star consumes all of its hydrogen, the nuclear fuel that makes it shine, it expands to a red giant. The bloated star then expels its outer layers, exposing its hot core. Ultraviolet radiation from the core illuminates the discarded material, making it glow. The smoldering core, called a white dwarf, is the tiny white dot in the center of the Ring Nebula.

The Ring Nebula is about 2,000 light-years away in the constellation Lyra. The nebula measures roughly one light-year across.

The Hubble observations were taken Sept. 19, 2011, by the Wide Field Camera 3. The Large Binocular Telescope data were taken June 6, 2010. In the image, the blue color represents helium; the green, oxygen; and the red, hydrogen.

The Large Binocular Telescope is part of the Mount Graham International Observatory in Arizona.

Object Names: Ring Nebula, M57, NGC 6720

Image Type: Astronomical

Credit: NASA, ESA, C.R. O'Dell (Vanderbilt University), and D. Thompson (Large Binocular Telescope Observatory)

 

News release from NASA:

News release from NASA:

May 23, 2013

J.D. Harrington
Headquarters, Washington
202-358-5241
j.d.harrington@nasa.gov

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

RELEASE: 13-149

NASA'S HUBBLE SPACE TELESCOPE REVEALS THE RING NEBULA'S TRUE SHAPE

WASHINGTON — The Ring Nebula's distinctive shape makes it a popular illustration for astronomy books. But new observations by NASA's Hubble Space Telescope of the glowing gas shroud around an old, dying, sun-like star reveal a new twist.

"The nebula is not like a bagel, but rather, it's like a jelly doughnut, because it's filled with material in the middle," said C. Robert O'Dell of Vanderbilt University in Nashville, Tenn. He leads a research team that used Hubble and several ground-based telescopes to obtain the best view yet of the iconic nebula. The images show a more complex structure than astronomers once thought and have allowed them to construct the most precise 3-D model of the nebula.

"With Hubble's detail, we see a completely different shape than what's been thought about historically for this classic nebula," O'Dell said. "The new Hubble observations show the nebula in much clearer detail, and we see things are not as simple as we previously thought."

The Ring Nebula is about 2,000 light-years from Earth and measures roughly 1 light-year across. Located in the constellation Lyra, the nebula is a popular target for amateur astronomers.

Previous observations by several telescopes had detected the gaseous material in the ring's central region. But the new view by Hubble's sharp-eyed Wide Field Camera 3 shows the nebula's structure in more detail. O'Dell's team suggests the ring wraps around a blue, football-shaped structure. Each end of the structure protrudes out of opposite sides of the ring.

The nebula is tilted toward Earth so that astronomers see the ring face-on. In the Hubble image, the blue structure is the glow of helium. Radiation from the white dwarf star, the white dot in the center of the ring, is exciting the helium to glow. The white dwarf is the stellar remnant of a sun-like star that has exhausted its hydrogen fuel and has shed its outer layers of gas to gravitationally collapse to a compact object.

O'Dell's team was surprised at the detailed Hubble views of the dark, irregular knots of dense gas embedded along the inner rim of the ring, which look like spokes in a bicycle wheel. These gaseous tentacles formed when expanding hot gas pushed into cool gas ejected previously by the doomed star. The knots are more resistant to erosion by the wave of ultraviolet light unleashed by the star. The Hubble images have allowed the team to match up the knots with the spikes of light around the bright, main ring, which are a shadow effect. Astronomers have found similar knots in other planetary nebulae.

All of this gas was expelled by the central star about 4,000 years ago. The original star was several times more massive than our sun. After billions of years converting hydrogen to helium in its core, the star began to run out of fuel. It then ballooned in size, becoming a red giant. During this phase, the star shed its outer gaseous layers into space and began to collapse as fusion reactions began to die out. A gusher of ultraviolet light from the dying star energized the gas, making it glow.

The outer rings were formed when faster-moving gas slammed into slower-moving material. The nebula is expanding at more than 43,000 miles an hour, but the center is moving faster than the expansion of the main ring. O'Dell's team measured the nebula's expansion by comparing the new Hubble observations with Hubble studies made in 1998.

The Ring Nebula will continue to expand for another 10,000 years, a short phase in the lifetime of the star. The nebula will become fainter and fainter until it merges with the interstellar medium.

Studying the Ring Nebula's fate will provide insight into the sun's demise in another 6 billion years. The sun is less massive than the Ring Nebula's progenitor star, so it will not have an opulent ending.

"When the sun becomes a white dwarf, it will heat more slowly after it ejects its outer gaseous layers," O'Dell said. "The material will be farther away once it becomes hot enough to illuminate the gas. This larger distance means the sun's nebula will be fainter because it is more extended."

In the analysis, the research team also obtained images from the Large Binocular Telescope at the Mount Graham International Observatory in Arizona and spectroscopic data from the San Pedro Martir Observatory in Baja California, Mexico.

For more information about NASA's Hubble Space Telescope, visit: http://www.nasa.gov/hubble

- end -

 

사진2>

Image: Hubble Captures a Ring

ABOUT THIS IMAGE:

This close-up, visible-light view by NASA's Hubble Space Telescope reveals new details of the Ring Nebula.

The object is tilted toward Earth so that astronomers see the ring face-on. The Hubble observations reveal that the nebula's shape is more complicated than astronomers thought. The blue gas in the nebula's center is actually a football-shaped structure that pierces the red doughnut-shaped material. Hubble also uncovers the detailed structure of the dark, irregular knots of dense gas embedded along the inner rim of the ring. The knots look like spokes in a bicycle. The Hubble images have allowed the research team to match up the knots with the spikes of light around the bright, main ring, which are a shadow effect.

The Ring Nebula is a well-known planetary nebula, the glowing remains of a Sun-like star. The tiny white dot in the center of the nebula is the star's hot core, called a white dwarf.

The nebula is about 2,000 light-years away in the constellation Lyra. The structure measures roughly one light-year across.

The Hubble observations were taken Sept. 19, 2011, by the Wide Field Camera 3. In the image, the deep blue color in the center represents helium; the cyan color of the inner ring is the glow of hydrogen and oxygen; and the reddish color of the outer ring is from nitrogen and sulfur.

Object Names: Ring Nebula, M57, NGC 6720

Image Type: Astronomical

Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

 

그림1>

Image: Mapping the Ring Nebula's Structure

ABOUT THIS IMAGE:

This illustration depicts a sideways view of the Ring Nebula, as deduced by astronomers using new Hubble observations. The doughnut-shaped feature in the center of the graphic is the main ring. The lobes above and below the ring comprise a football-shaped structure that pierces the ring. Dense knots of gas are embedded along the ring's inner rim.

Object Names: Ring Nebula, M57, NGC 6720

Image Type: Illustration

Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)