폭발하는 별 주위에 형성된 분출 물질의 구조를 입체적으로 그려내다.

 

 

사진 1> 허블우주망원경이 촬영한 이 세 장의 사진에는 별의 주위를 둘러싸고 있는 예전의 폭발시 발생했던 분출물로 구성된 원반구조가, 현재의 별 폭발이 지속되는 동안 발생한 빛을 받아 그 모습을 드러내는 장면이 담겨있다.

허블 우주망원경의 WFC3를 이용하여 이중성계인나침반자리 T별(T Pyxidis, 이하 T Pyx)를 4개월동안 관측하였다.

T Pyx는 반복신성으로서 12년~50년을 주기로 폭발을 반복하는 별이며, 가장 최근에 폭발한 것은 2011년 4월이다.

이 별이 사진 중앙에 하얀색 거품처럼 보인다.

천문학자들은 허블 우주망원경을 이용하여 이 별의 폭발로부터 방출되는 빛의 궤적을 따라 모습을 드러내는 원반과, 이전 폭발로부터 방출된 물질들을 추적하였다.

각 사진에 표시되어 있는 하얀색 타원형은 이 빛에 의해 모습을 드러낸 물질들을 표시하고 있다.

이 원반의 경우 그 너비가 거의 1광년에 달할 정도로 방대하여 신성으로부터 쏟아져나온 빛에 의해 전체 물질이 한 번에 드러나는 것은 아니다.

그 대신,  빛이 물질들을 통과하면서 순차적으로 원반의 부분부분을 밝혀주고 있는데 이러한 현상을 '빛의 메아리(light echo)'라고 부른다.

이 현상으로 인해 이 원반의 어느 부분이 지구와 가까이 위치하고 어느 부분이 더 멀리 위치하는지를 알게 되었다.  

또한 이 빛에 의해 드러난 궤적들을 조합하여 신성 주위에 존재하는 구조에 대한 3D 지도를 작성할 수 있었다.

신성의 폭발은 우리 태양과 같은 별이 핵을 모두 태워버린 후 남은 백색왜성이, 동반성으로부터 수소를 빨아들여 그 양이 핵융합 반응을 촉발시킬 수 있는 양을 넘어설 때에 발생한다.

수소가 백색왜성의 표면에 쌓여올라가면서 거대한 수소 폭탄처럼 폭발할 때까지 온도와 밀도가 상승하게 되고, 결국 하루나 단 며칠동안 1만 배에 달하는 빛을 뿜어내게 되는 것이다. 

T Pyx는 남반구 나침반 자리로 15,600광년 거리에 위치하고 있다.

이 사진은 2011년 9월 16일, 11월 16일, 12월 10일에 각각 촬영되었다.

 

The full news release story:

 

별의 폭발로부터 발생한 섬광이 별로부터 쏟아져 나오는 물질의 구조를 입체적으로 탐지하는데 처음으로 사용되었다.

 

천문학자들이 허블우주망원경을 사용하여 동반성과 매우 가까이 붙어 있는 T Pyx라는 반복신성의 마지막 폭발이 발생했던 2011년 4월, 이 별로부터 쏟아져나온 복사선을 관측했다.

몇몇 예측과는 달리, 천문학자들은 초기 폭발로부터 발생한 분출물들이 별 근처에 남아 있으며 신성 주변으로 원반을 구성한 모습에 놀라움을 금치 못했다.

이번 발견은 물질들이 이 이중성계의 공전 궤도면을 따라 팽창을 계속하고 있지만, 이중성계로부터 탈출하지는 못하고 있음을 의미한다.

 

연구팀의 멤버인 컬럼비아 대학의 알린 크로츠(Arlin Crotts)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 모두 구체의 껍질구조를 기대했었습니다.
그러나 이번 관측에서 나타난 형상은 원반 형태였고, 이것은 예전에 발생한 폭발로부터 빠르게 분출된 분출물들에 의해 만들어진 것이죠."

 

연구팀의 멤버인 호프스트라 대학의 스테판 로렌스(Stephen Lawrence)는 인디애나폴리스에서 개최된 전미 천문학회에서 연구결과를 발표할 예정이다.

 

신성의 폭발은 우리 태양과 같은 별이 핵을 모두 태워버린 후 남은 백색왜성이, 동반성으로부터 수소를 빨아들여 그 양이 핵융합 반응을 촉발시킬 수 있는 양을 넘어설 때에 발생한다.

수소가 백색왜성의 표면에 쌓여올라가면서 거대한 수소 폭탄처럼 폭발할 때까지 온도와 밀도가 상승하게 되고, 결국 하루나 단 며칠동안 1만배에 달하는 밝기의 빛을 뿜어내게 되는 것이다. 

신성의 폭발은 극단적으로 강력한 사건으로 다이나마이트의 수천조에 달하는 폭발을 만들어낸다.

 

T Pyx는 12년 ~ 50년을 주기로 폭발하는 별이다.

 

이번 프로젝트의 공동 연구원이자 콜롬비아 대학의 제니퍼 소콜로스키(Jennifer Sokoloski)는 동반성에 해당하는 별이, 분출물질이 특정 형태를 구성하는데 매우 중요한 역할을 담당하고 있으며 짐작컨대 이 연성계의 공전 궤도 면을 따라 팬케이크 모양의 원반이 생성되고 있을 것이라고 제안했다.

이 원반은 지구에서 바라보는 각도를 기준으로 30도 정도 기울어진 상태이다.

 

연구팀은 허블우주망원경의 WFC3를 사용하여 관측할 때, 신성으로부터 복사되어 나오는 폭발의 불꽃이 관측에 유리하게 작용하였는데 이 빛의 경로를 따라가면 이전의 폭발로부터 생성된 원반과 물질이 빛을 받아 그 모습을 드러냈기 때문이다.
그러나 이 원반은 지름이 약 1광년으로 너무도 방대한 크기를 가지고 있어 신성의 불빛이 이 모든 물질을 한 번에 다 비추기는 불가능한 상황이었다.  

그 대신 빛이 물질들을 가로지르면서 순차적으로 원반의 부분부분을 비추었는데, 이러한 현상을 '빛의 메아리(Light Echo)'라고 부른다.

이 빛은 원반의 어느 부분이 지구와 가까우며 어느 부분이 멀리 떨어져 있는지를 알려주었다.

이 빛의 궤적을 추적함으로써 연구팀은 신성 주위를 감싸고 있는 구조를 입체적으로 구성할 수 있었던 것이다.

 

 

그림 1> 이 삽화는 T Pyx라 불리는 별로부터 뿜어져 나온 물질들로 이루어진 원반을 묘사하고 있다.

T Pyx 는 반복 신성이며 12년~50년을 주기로 폭발을 반복하고 있는 별이다.
이때 분출된 물질들이 별 주위에 원반을 형성하는 것이다.

이 원반은 물질들이 뒤엉킨 덩어리로 가득차 있으며 마치 혜성과 같은 꼬리들이 별의 반대편을 향하고 있다.

 

 

로렌스의 소감은 다음과 같다.
"우리는 이 별의 폭발로 발생한 빛이 어떻게 이전에 형성된 구조물로부터 나온 연기와 검댕이를 비추는지를 관측했답니다. 
같은 방법으로 우리는 T Pyx의 최근 폭발로부터 나온 빛을 이용하여 지난 십년동안 이 불꽃놀이가 보여주는 양상을 빛의 속도로 퍼져가는 빛의 메아리를 통해 해부할 수 있었답니다."

 

지금까지 천문학자들은 빛이 퍼져나가며 다른 신성들의 주위를 둘러산 물질들에 퍼져나가는 현상을 여러번 증명해왔으나, 폭발하는 별 주위를 둘러싼 환경을 즉각 분석하여 3차원 형상으로 연구한 것은 이번이 처음이다.

일반적으로 천문학자들은 여타 신성들에서 발생하는 빛의 메아리 현상을 연구하긴 했지만 이러한 현상은 성간 물질들을 비추는 현상에 국한되어 있었던 것이다. 

 

연구팀은 또한 이 빛의 메아리 효과를 이용하여 신성이 지구로부터 어느정도 거리에 위치에 있는지 한층 정교하게 측정하였는데 이번 측정 결과 밝혀진 거리는 15,600광년이다.

참고로, 이전까지 측정된 거리는 6,500광년에서 16,000광년 거리 범위였다.

 

T Pyx는 남반구의 별자리인 나침반 자리에 위치하고 있다.

 

연구팀은 허블 데이터의 분석을 계속하고 있으며 신성으로부터 외곽으로 쏟아져 나오는 물질들의 패턴에 대한 모델을 수립하고 있다.

 

T Pyx는 변덕스러운 폭발의 역사를 가지고 있다.

2011년에 관측된 폭발 말고도 이전에 폭발이 관측된 것은 1890년, 1902년, 1920년, 1944년, 1966년등 다양하다.

 

천문학자들은 이러한 별들을 '신성들(Novae)'라고 부른다. 이 단어는 라틴어로 '새로운(new)'이라는 의미를 가지는데 이는 이 별들이 하늘에서 갑작스럽게 모습을 드러내기 때문에 붙여진 이름이다.

신성은 수소 연료가 고갈 및 표면에 쌓인 수소를 우주로 날려버리면서 수일에서 수주에 걸쳐 갑작스럽게 사그러든다. 

 

연구팀의 연구결과는 Astrophysical Journal 의 온라인 판에 6월 5일자로 발표되었으며 6월 20일 Astrophysical Journal에 개재될 예정이다.

이 논문의 수석 저자는 소콜로스키이다.

 
* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2013년 6월 4일 발표된 뉴스입니다.

 

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

 

원문>

 

사진1>

ABOUT THIS IMAGE:

These three images taken by NASA's Hubble Space Telescope reveal a disk of previously ejected material around an erupting star being illuminated by a torrent of light unleashed during a stellar outburst.

Hubble's Wide Field Camera 3 imaged the double-star system T Pyxidis, or T Pyx, over a four-month period. T Pyx is a recurrent nova, erupting every 12 to 50 years. T Pyx's latest outburst was in April 2011. The star is the white blob in the middle of each image.

Astronomers used Hubble to trace the path of the light emitted from the outburst as it lit up the disk and material from previous ejecta. The white ovals in each image highlight the areas being illuminated by the light. The disk is so vast, about a light-year across, that the nova's light cannot brighten all of the material at once. Instead, the light sweeps across the material, sequentially illuminating parts of the disk, a phenomenon called a light echo. The light reveals which parts of the disk are nearer to Earth and which ones are farther away. By tracing the light, the team assembled a 3-D map of the structure around the nova.

A nova erupts when a white dwarf, the burned-out core of a Sun-like star, has siphoned enough hydrogen off a companion star to trigger a thermonuclear runaway. As hydrogen builds up on the surface of the white dwarf, it becomes hotter and denser until it detonates like a colossal hydrogen bomb, leading to a 10,000-fold increase in brightness in a little more than one day.

T Pyx is located 15,600 light-years away in the southern constellation Pyxis, the Mariner's Compass. The images were taken Sept. 16, Nov. 16, and Dec. 10, 2011.

Object Names: T Pyx, T Pyxidis

Image Type: Astronomical/Illustration

 

Credit: NASA, ESA, A. Crotts, J. Sokoloski, and H. Uthas (Columbia University), and S. Lawrence (Hofstra University)

 

The full news release story:

A flash of light from a stellar outburst has been used to probe for the first time the 3-D structure of material ejected by an erupting nova.

Astronomers used NASA's Hubble Space Telescope to observe the light emitted by the close double-star system T Pyxidis, or T Pyx, a recurrent nova, during its latest outburst in April 2011. Contrary to some predictions, the astronomers were somewhat surprised to find that the ejecta from earlier outbursts stayed in the vicinity of the star and formed a disk of debris around the nova. The discovery suggests that material continues expanding outward along the system's orbital plane, but it does not escape the system.

"We fully expected this to be a spherical shell," says Arlin Crotts of Columbia University in New York City, a member of the research team. "This observation shows that it is a disk, and it is populated with fast-moving ejecta from previous outbursts."

Team member Stephen Lawrence of Hofstra University in Hempstead, N.Y., will present the results today at the American Astronomical Society meeting in Indianapolis, Ind.

A nova erupts when a white dwarf, the burned-out core of a Sun-like star, has siphoned enough hydrogen off a companion star to trigger a thermonuclear runaway. As hydrogen builds up on the surface of the white dwarf, it becomes hotter and denser until it detonates like a colossal hydrogen bomb, leading to a 10,000-fold increase in brightness in a little more than one day. Nova explosions are extremely powerful, equal to a blast of one million billion tons of dynamite. T Pyx erupts every 12 to 50 years.

Team member Jennifer Sokoloski, also of Columbia University and co-investigator on the project, suggests that these data indicate that the companion star plays an important role in shaping how material is ejected, presumably along the system's orbital plane, creating the pancake-shaped disk. The disk is tilted about 30 degrees from face-on toward Earth.

Using Hubble's Wide Field Camera 3, the team took advantage of the blast of light emitted by the erupting nova to trace the light's path as it lit up the disk and material from previous ejecta. The disk is so vast, about a light-year across, that the nova's light cannot illuminate all of the material at once. Instead, the light sweeps across the material, sequentially illuminating parts of the disk, a phenomenon called a light echo. The light reveals which parts of the disk are nearer to Earth and which sections are farther away. By tracing the light, the team assembled a 3-D map of the structure around the nova.

"We've all seen how light from the fireworks shells during the grand finale will light up the smoke and soot from shells earlier in the show," notes team member Lawrence. "In an analogous way, we're using light from T Pyx's latest outburst and its propagation at the speed of light to dissect its fireworks displays from decades past."

Although astronomers have witnessed light propagating through material surrounding other novae, this is the first time that the immediate environment around an erupting star has been studied in three dimensions. Astronomers have studied light echoes from other novae, but those phenomena illuminated interstellar material around the stars.

The team also used the light echo to refine estimates of the nova's distance from Earth. The new distance is 15,600 light-years from Earth. Previous estimates were between 6,500 light-years to 16,000 light-years. T Pyx is located in the southern constellation Pyxis, the Mariner's Compass.

The team is continuing to analyze the Hubble data to develop a model of the outflow. T Pyx has a history of petulant outbursts. Besides the 2011 event, other previous known eruptions occurred in 1890, 1902, 1920, 1944, and 1966.

Astronomers called erupting stars novae — Latin for "new" — because they abruptly appeared in the sky. A nova quickly begins to fade in several days or weeks as the hydrogen is exhausted and blown into space.

The team also includes Helena Uthas of Columbia University. The team's results will appear online June 5 and will be published in the June 20, 2013, issue of the Astrophysical Journal Letters. Sokoloski is the paper's lead author.

CONTACT

Donna Weaver / Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4493 / 410-338-4514
dweaver@stsci.edu / villard@stsci.edu

Arlin Crotts
Columbia University, New York, N.Y.
212-854-7899
arlin@astro.columbia.edu

 

그림1>

ABOUT THIS IMAGE:

This illustration shows a disk of material ejected by an erupting star, called T Pyxidis, or T Pyx. T Pyx is a recurrent nova, erupting every 12 to 50 years and ejecting material that has formed the disk around the bright star. The disk is full of clumps of material that have comet-like tails pointing away from the star.

Image Type: Illustration

 

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