수수께끼의 정렬양상을 보이는 양극성 행성상 성운들

 

 

사진1> 이 사진은 카시오페이아 자리에 위치하고 있는, 허블 12(Hubble 12)라는 대중적인 이름을 가지고 있으며, 양극성 행성상 성운의 예를 보여주는 PN Hb 12 라는 행성상 성운의 사진이다.

외모에서 나비 또는 모래시계를 연상시키는 이 멋진 모양의 천체는 우리 태양과 같은 별이 삶의 마지막 단계에 접어들면서 자신의 표피를 주위 우주로 쏟아내면서 만들어지는 것이다.

양극성 성운에 있어서 깔떼기 모양을 이루고 있는 물질들은 그 원인이 된 늙은 별을 꼭지점으로 하여 퍼져나가면서 명확한 두 개 열편 모양을 만들어낸다.

허블 우주망원경과 신기술 망원경(New Technology Telescope, 이하 NTT)를 이용한 관측 결과 우리 은하의 중심 팽대부를 향해 위치하고 있는 이 양극성 행성상 성운들이 이상하리만큼 정렬된 모습을 나타내고 있음을 발견하였다.

이러한 놀라운 결과는 이들 성운 각각이 다양하고 혼란스러운 형성과정을 거쳤음에도 일관되게 나타나는 현상이었다.

PN Hb 12가 이번 새로운 논문의 관측 대상은 아니었다.

이 사진은 허블의 숨은 보석 찾기 컨테스트에 참여한 조쉬 베링톤(Josh Barrington)에 의해 제출된 사진이다.

         

수수께끼와 같은 행성상 성운의 정렬 양상

 

천문학자들이 허블우주망원경과 ESO의 신기술 망원경(New Technology Telescope, 이하 NTT)을 활용하여 우리 은하의 중심 팽대부에 존재하는 100개 이상의 행성상 성운을 탐사했다.

그리고 이들은 나비 형태를 띤 행성상 성운들이 수수께끼같은 정렬을 하는 경향이 있음을 발견했다.
이것은 이 성운들이 서로 다른 역사를 가지고 다양한 속성들을 가지고 있다는 것을 볼 때 매우 놀라운 결과이다.

 

우리 태양과 같은 별이 생애의 마지막 단계에 접어들게 되면 외곽 표피부를 주위의 우주로 뿜어내면서 넓은 지역에 걸쳐 아름답고 인상적인 모습을 남기는, 행성상 성운이라 알려진 천체를 만들어내게 된다.

이러한 행성상 성운 중의 한 유형인, 양극성 행성상 성운으로 알려진 성운은 자신을 만들어낸 별 주변으로 모래시계 모양이나 나비 모양을 만들어내는 행성상 성운이다.

 

모든 행성상 성운들은 서로 다른 장소에서 서로 다른 특징을 가지고 형성된다.

각각의 성운들뿐 아니라 이 성운들을 형성시킨 별들도 다른 행성상 성운들과 일체의 상호작용을 하지 않는다.

 

그러나 영국 맨체스터대학의 천문학자들의 연구결과는 놀랍게도 이들 성운들 간에 유사성이 있음을 보여주었는데 이들 중 상당수가 같은 방식으로 줄을 서 있었던 것이다.[1] 

 

이번 논문의 두 명의 저자 중 한 명인 멘체스터 대학의 브라이언 리즈(Bryan Rees)의 설명은 다음과 같다.
"이번 발견은 정말 놀라운 발견입니다. 만약 이것이 사실이라면, 아주 중요한 발견이기도 하죠.
나비 모양을 하고 있는 행성상 성운들의 상당수에서 행성상 성운의 '장축'이 우리 은하의 평단면과 나란히 정렬하고 있었어요.
우리는 허블우주망원경과 NTT를 활용하여 이들 성운들에 대해 정말 선명한 화상을 얻을 수 있었고, 그래서 이들을 대단히 세밀하게 분석할 수 있었답니다."

 

천문학자들은 우리 은하의 중심 팽대부에서 130개의 행성상 성운을 관측하였다.

그리고 나서 이들을 3개의 서로 다른 유형으로 구분하고, 이들의 성격과 외양을 세밀하게 탐사했다. [2].

 

이번 논문의 또 한 명의 저자인 멘체스터 대학의 앨버트 지욜스트라(Albert Zijlstra)의 설명은 다음과 같다.
"다른 두 개 유형의 행성상 성운들은 우리 예상대로 무분별한 제각각의 정렬 양상을 하고 있었습니다. 

그런데 세번째 유형인 양극성 행성상 성운에서는 특정 정렬 상태에 대한 놀라운 경향을 보여주고 있었죠.  

특정 정렬 상태가 나타나는 것도 놀라웠지만, 별들이 잔뜩 몰려 있는 우리 은하의 중심부에서 그러한 경향을 보인다는 것은 더더욱 기대하지 않은 일이죠."

 

행성상 성운은 이들이 형성될 때부터 해당 별이나 별이 거느린 행성시스템의 회전에 의해 깎여나가는 것으로 생각되고 있다.

 

이러한 가정은 그 속성에 근거를 두고 있다. - 예를 들어 여기 쌍성계[3]가 있거나 혹은 그 주위를 공전하는 행성들이 있다면 이들은 모두 별로부터 불려나가는 거품에 큰 영향을 행사하게 될 것이다.

 

양극성 성운의 외양은 과격한 사건의 결과이며 별과 주변천체(쌍성계의 별 또는 행성들)의 공전 궤도에 수직 방향으로 쏟아져 나오는 제트에 의해서 형성되는 것으로 생각되고 있다.

 

리즈의 설명은 다음과 같다.
"우리가 관측한 이들 양극성 성운의 정렬양상은 은하 중심 팽대부에 있는 쌍성계 또는 행성계로는 어느 정도 괴상한 면이 있음을 말해주고 있습니다.
이들이 우리가 목격한 것처럼 정렬을 하기 위해서는 이 성운들을 형성시킨 별은 자신들이 형성시킨 성간 구름에 대해서는 직각으로 회전하는 궤도를 유지한다는 것을 의미하죠. 

이것은 매우 이상한 일입니다."

 

이들 성운의 형상을 만들어낸 별의 속성을 볼 때, 이번 새로운 발견은 또다른 수수께끼의 요소에 대한 힌트를 주고 있다.

 

복잡한 별의 특성을 따라 형성되는 행성상 성운들은 우리 은하에 존재하고 있으며, 우리 은하의 팽대부는 모두 우리 은하 중심 주위를 회전하고 있다.

이 팽대부는 이전에 우리가 생각했던 것 이상으로 전체 은하에 - 자기장을 통해 - 영향을 미치고 있는 것인지도 모른다.

 

천문학자들은 행성상 성운들의 질서정연한 움직임은 팽대부가 형성될 때 생성된 강력한 자기장의 존재에 의해 영향을 받은 결과일 수 있다고 제안한다.

팽대부에 더 가까운 성운들일수록 동일한 양상의 정렬을 하지 않고 있기 때문에 이 자기장은 수많은 시간에 걸쳐 오늘날 훨씬 더 강력해진 것인지도 모른다. [4]

 

지욜스트라는 다음과 같이 말했다.
"우리는 이 천체들을 연구함으로써 더 많을 것을 알 수 있을 겁니다.
만약 이들이 이처럼 예측치 못한 방식으로 움직인다면, 이는 단순히 개개의 별들의 과거에만 그치는 것이 아니라 우리 은하 전체의 과거에 대한 문제로 귀결되는 것이랍니다."

 

 

 

사진 2> 이 모자이크 사진은 허블우주망원경이 촬영한 다양한 양극성 행성상 성운의 아름다운 모습을 보여주고 있다.

여기에 보이는 성운들 역시 비록 이번 새로운 논문의 관측 대상은 아니었지만 이 아름다운 천체의 다양한 모습을 보여주기에는 충분한 사진이다.

상단 왼쪽부터 각각 NGC 6302, NGC 6881, NGC 5189이며 하단 왼쪽부터 M2-9, Hen 3-1475, Hubble 5 이다.

 

각주

[1] 양극성 행성상 성운의 '장축'은 나비모양의 날개를 관통하여 자른 축을 말하고 '단축'은 몸통 부분을 잘라낸 축을 말한다.

 

[2] 행성상 성운들은 그 형태에 따라 세 가지 유형으로 구분되는데 그 구분은 다음과 같다.
: 타원형 행성상 성운과 양극성 행성상 성운, 정렬된 내부구조를 갖추었거나 갖추지 않은 유형

 

[3] 쌍성계란 중력 중심점을 중심으로 상호간 회전을 하고 있는 두 개 별로 구성된 시스템을 말한다.

 

[4] 오늘날 우리 은하에서 관측되는 자기장의 기원이나 속성에 대해 우리 은하가 어렸을 때는 어땠을지에 대해서는 거의 알려진 것이 없기 때문에 이들이 오랜 시간동안 어떻게 변화되어 있는지도 역시 명확하지 않다.

 

 

 * 출처 : 유럽우주국(ESA) 허블 2013년 9월 4일 발표 뉴스
   http://www.spacetelescope.org/news/heic1316/

 

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

 

원문>

사진1>

Bipolar planetary nebula PN Hb 12

This image shows an example of a bipolar planetary nebula known as PN Hb 12 — popularly known as Hubble 12 — in the constellation of Cassiopeia. The striking shape of this nebula, reminiscent of a butterfly or an hourglass, was formed as a Sun-like star approached the end of its life and puffed its outer layers into the surrounding space. For bipolar nebulae, this material is funnelled towards the poles of the ageing star, creating the distinctive double-lobed structure.

Observations using the NASA/ESA Hubble Space Telescope and the NTT have found that bipolar planetary nebulae located towards the central bulge of our Milky Way appear to be strangely aligned in the sky — a surprising result given their varied and chaotic formation.

PN Hb 12 was not part of the new study. A version of this image was entered into the Hubble's Hidden Treasures image processing competition by contestant Josh Barrington.

Credit:

NASA, ESA
Acknowledgement: Josh Barrington

 

Bizarre alignment of planetary nebulae

4 September 2013

Astronomers have used the NASA/ESA Hubble Space Telescope and ESO's New Technology Telescope to explore more than 100 planetary nebulae in the central bulge of our galaxy. They have found that butterfly-shaped members of this cosmic family tend to be mysteriously aligned — a surprising result given their different histories and varied properties.

The final stages of life for a star like our Sun result in the star puffing its outer layers out into the surrounding space, forming objects known as planetary nebulae in a wide range of beautiful and striking shapes. one type of such nebulae, known as bipolar planetary nebulae, create ghostly hourglass or butterfly shapes around their parent stars.

All these nebulae formed in different places and have different characteristics. Neither the individual nebulae, nor the stars that formed them, interact with other planetary nebulae. However, a new study by astronomers from the University of Manchester, UK, now shows surprising similarities between some of these nebulae: many of them line up in the sky in the same way [1].

"This really is a surprising find and, if it holds true, a very important one," explains Bryan Rees of the University of Manchester, one of the paper's two authors. "Many of these ghostly butterflies appear to have their long axes aligned along the plane of our galaxy. By using images from both Hubble and the NTT we could get a really good view of these objects, so we could study them in great detail."

The astronomers looked at 130 planetary nebulae in the Milky Way's central bulge. They identified three different types, and peered closely at their characteristics and appearance [2].

"While two of these populations were completely randomly aligned in the sky, as expected, we found that the third — the bipolar nebulae — showed a surprising preference for a particular alignment," says the paper's second author Albert Zijlstra, also of the University of Manchester. "While any alignment at all is a surprise, to have it in the crowded central region of the galaxy is even more unexpected."

Planetary nebulae are thought to be sculpted by the rotation of the star system from which they form. This is dependent on the properties of this system — for example, whether it is a binary [3], or has a number of planets orbiting it, both of which may greatly influence the form of the blown bubble. The shapes of bipolar nebulae are some of the most extreme, and are thought to be caused by jets blowing mass outwards from the star system perpendicular to its orbit.

"The alignment we're seeing for these bipolar nebulae indicates something bizarre about star systems within the central bulge," explains Rees. "For them to line up in the way we see, the star systems that formed these nebulae would have to be rotating perpendicular to the interstellar clouds from which they formed, which is very strange."

While the properties of their progenitor stars do shape these nebulae, this new finding hints at another more mysterious factor. Along with these complex stellar characteristics are those of our Milky Way; the whole central bulge rotates around the galactic centre. This bulge may have a greater influence than previously thought over our entire galaxy — via its magnetic fields. The astronomers suggest that the orderly behaviour of the planetary nebulae could have been caused by the presence of strong magnetic fields as the bulge formed.

As such nebulae closer to home do not line up in the same orderly way, these fields would have to have been many times stronger than they are in our present-day neighbourhood [4].

"We can learn a lot from studying these objects," concludes Zijlstra. "If they really behave in this unexpected way, it has consequences for not just the past of individual stars, but for the past of our whole galaxy."

Notes

[1] The "long axis" of a bipolar planetary nebula slices though the wings of the butterfly, whilst the "short axis" slices through the body.

[2] The shapes of the planetary nebula images were classified into three types, following conventions: elliptical, either with or without an aligned internal structure, and bipolar.

[3] A binary system consists of two stars rotating around their common centre of gravity.

[4] Very little is known about the origin and characteristics of the magnetic fields that were present in our galaxy when it was young, so it is unclear how they have changed over time.

Notes for editors

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.

The research is presented in a paper entitled "Alignment of the Angular Momentum Vectors of Planetary Nebulae in the Galactic Bulge", to appear in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

The team of astronomers in this study consists of B. Rees (University of Manchester, UK) and A. A. Zijlstra (University of Manchester, UK). Bryan Rees came late to research astronomy — he decided to do a PhD after his early retirement and this work formed part of his thesis.

More information

Image credit: NASA, ESA, A. Zijlstra
Acknowledgement: Josh Barrington

Links

• Research paper
• ESO release
• Clip from ESA movie "15 Years of Discovery": Flight through butterfly shaped nebulae
• Images of Hubble

Contacts

Albert Zijlstra
University of Manchester
Manchester, UK
Tel: +44 1613 063925
Email: a.zijlstra@manchester.ac.uk

Bryan Rees
University of Manchester
Manchester, UK
Tel: +44 1612 754145
Email: bryan.rees@manchester.ac.uk

Nicky Guttridge
Hubble/ESA
Garching bei München, Germany
Tel: +49-89-3200-6855
Email: nguttrid@partner.eso.org

 

사진2>

A selection of Hubble’s planetary nebulae

This mosaic shows a selection of stunning images of bipolar planetary nebulae taken by Hubble.

A new study using Hubble observations has found that bipolar planetary nebulae located towards the central bulge of our Milky Way appear to be strangely aligned in the sky — a surprising result given their varied histories. The nebulae shown here were not involved in this new study, but demonstrate the varied forms of these spectacular objects.

• Row 1 (from upper left): NGC 6302, NGC 6881, NGC 5189
• Row 2 (from lower left) : M2-9, Hen 3-1475, Hubble 5

 

Credit:

ESA/Hubble & NASA
NGC 6302: NASA, ESA and the Hubble SM4 ERO Team
NGC 6881: ESA/Hubble & NASA
NGC 5189: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
M2-9: Bruce Balick (University of Washington), Vincent Icke (Leiden University, The Netherlands), Garrelt Mellema (Stockholm University), and NASA/ESA
Hen 3-1475: ESA/Hubble & NASA
Hubble 5: Bruce Balick (University of Washington), Vincent Icke (Leiden University, The Netherlands), Garrelt Mellema (Stockholm University), and NASA/ESA