HR 5171 A : VLT가 가장 거대한 별들 중 하나를 발견하다.

 

Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2

 

사진> 이 광대역 사진의 중심 바로 아래에 보이는 가장 밝은 별은 HR 5171라는 노란색 극대거성(hypergiant)이다.
이 유형은 대단히 휘귀한 유형으로서 우리 은하에는 고작 12개 정도만이 알려져 있다.

이 별의 크기는 태양의 1300배가 넘는다. 이는 지금까지 알려진 가장 큰 별 상위 10위 안에 드는 크기이다.

ESO의 초대형망원경 간섭계(Very Large Telescope Interferometer, 이하 VLTI)를 이용한 관측결과는 이 별이 실제로는 주 별에 동반성이 붙어 있는 이중성이라는 사실을 보여주었다.

 

 

HR 5171 A : VLT가 가장 거대한 별들 중 하나를 발견하다.

 

ESO의 초대형망원경 간섭계가 가장 큰 노란색 별을 발견했다. 이 별은 지금까지 발견된 가장 큰 상위 10개 별들 중 하나이다.

이 극대거성의 지름은 우리 태양 지름의 1300배가 넘는 것으로 측정되었다.

이 별은 이중성계를 구성하는 하나의 별로서, 또 하나의 동반 별은 이 별에 너무나 가까워서 이 별에 맞닿아 있다. 

몇몇 아마추어 관측자의 자료들을 포함한 60년 이상에 걸쳐 존재하는 관측자료들은 이 희귀하고 인상적인 천체가 매우 빠르게 변화하고 있으며, 생애 주기에서 발생하는 진화양상이 짧은 간격으로 포착되어 왔음을 알려주고 있다.

 

ESO VLTI를 이용하여 프랑스 니스 코트다쥐르 천문대의 올리비에르 슈스노(Olivier Chesneau)와 협력자들로 구성된 국제 연구팀이 노란색 극대거성 HR 5171 A[1]가 절대적으로 거대한 크기를 가지고 있으며 그 크기는 예상보다 훨씬 큰, 태양 지름의 1300배에 달한다는 사실을 발견하였다. [2] 

이러한 사실은 이 별이 지금까지 알려진 노란색 별들 중 가장 큰 별이라는 사실을 말해주고 있다.

 

이 별은 또한 가장 큰 별로 알려진 별의 상위 10위 안에 드는 별이기도 하며 그 밝기는 태양의 약 1백만배에 달한다.
- 이 별의 크기는 그 유명한 적색 초거성인 베텔게우스보다도 50%더 큰 규모이다.

 

슈스노의 설명은 다음과 같다.
"이번 관측에서는 또한 이 별이 매우 가깝게 붙어있는 이중성계의 하나라는 사실도 보여줬는데 이건 정말 놀라운 일이었죠.
이 두개의 별은 너무나 가까운 나머지 서로 붙어있는 상태이고 따라서 이 이중성계는 마치 거대한 땅콩 모양을 하고 있답니다."

 

그림>  HR 5171의 개념도  Credit:ESO

 

천문학자들은 간섭 관측이라 불리는 기술을 활용하여 여러 개의 개개 망원경들로부터 수집된 빛을 모아 지름 140미터에 달하는 거대한 망원경의 효과를 만들어냈다.

 

이 새로운 결과는 연구팀들로 하여금 지난 60여년에 걸쳐있는 이 별에 대한 관측자료를 철저히 조사하도록 자극했고, 이를 통해 이 별이 과거에 어떻게 행동했는지를 볼 수 있게 되었다. [3]

 

노란색 극대거성은 매우 희귀해서 우리 은하에서도 고작 12개 정도만이 알려져 있는데 가장 잘 알려진 예로는 카시오페이아 로 별(Rho Cassiopeiae)을 들 수  있다.

이 별들은 지금까지 알려진 가장 거대하고 밝은 별들에 속하며, 생애 주기에서 불안정하고 매우 빠른 변화를 보이는 단계를 지나고 있다.

이러한 불안정성으로 인해 노란색 극대거성들은 물질들을 바깥쪽으로 쏟아내게 되고 이로부터 별 주위로 거대하게 팽창하는 대기를 만들어낸다.

 

별까지의 거리가 거의 1만 2천광년에 달하는 먼 거리임에도 불구하고 이 천체는 좋은 시력을 가진 사람이라면 육안[4]으로도 볼 수 있다.

 

HR 5171 A는 지난 40년동안 계속 몸집을 불려오고 있으며, 몸집이 불어날수록 온도는 낮아지고 있고 진화의 진행과정이 포착되어왔다. 
극소수의 별들에서만 매우 짧은 기간동안 빠르게 진화하면서 드라마틱한 온도 변화가 진행되는 모습이 포착된다.

 

여러 천문대들로부터 수집한 관측 데이터를 이용하여 이 별의 다양한 밝기 변화를 분석함으로써, 천문학자들은 이 천체가 규모가 작은 동반성이 전면과 후면을 지나는 공전을 통해 식 현상을 보이는 이중성계의 별이라고 확정지었다.

 

HR 5171 A의 경우 동반성이 매 1300일을 주기로 주위를 돌고 있다. 

HR 5171 A에 비해 크기가 작은 동반성의 온도는 HR 5171 A의 표면온도인 5천도보다 약간 더 뜨겁다.

 

슈스노의 설명은 다음과 같다.
"우리가 찾아낸 이 동반성은 이 별이 HR 5171 A의 운명에 영향을 줄 수 있다는 점에서 매우 중요합니다.
예를 들어 이 동반성의 외곽 표피부가 모두 HR 5171 A로 빨려들어가면 그 진화양상이 바뀌게 되죠."

 

이번 새로운 발견은 거대한 규모를 가지고 있지만 짧은 삶을 사는 노란색 극대거성 연구의 중요성을 강조하고 있으며, 거대한 질량을 가진 별들에 대한 일반적인 진화양상을 이해할 수 있는 방법을 제공해 줄 것이다.

 

Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope

 

표> 이 표는 센타우루스 자리를 보여주고 있다. 여기 표시된 대부분의 별은 어두운 하늘에서 육안으로 볼 수 있는 별들이다.

노란색 극대거성 HR 5171의 위치가 원으로 표시되어 있다.

이 별은 쌍안경 정도로 쉽게 찾아볼 수 있는 별이다.

 

각주
[1] 이 별은 또한 V766 Cen, HD 119796, HIP 67261 이라는 이름으로도 알려져 있다.

 

[2] 이와 비교해볼만한 천체로는 그 반경이 태양의 1000 ~ 1500배 범주에 이르고, 초기 질량은 태양 질량의 20~25배를 넘지 않을 것으로 보이는 적색 초거성(red supergiant)을 들 수 있을 것이다. 
노란색 초거성(yellow supergiant)의 반경은 태양의 400~ 700배 정도에 이를 것으로 예상된다.

 

[3] 분광 데이터는 유니버시티 칼리지 런던 에셀 분광기(the University College London Echelle Spectrograph, UCLES)를 이용한 앵글로-오스트레일리안 망원경, 남아프리카 천문대(the South African Astronomical Observatory, SAAO),  칠레 폰티피시아 대학(the Pontificia Universidad de Chile, PUC)과 제미니 남천문대의 근적외선 코로나 그래프 화상기(the Near-Infrared Coronagraphic Imager, NICI) 를 장착한 코로나그래프 관측으로부터 수집되었다.

축적되어 있는 광도계 데이터의 검토는 남아프리카 천문대에서 1975년부터 2013년에 걸쳐 축적된 적외선 광도계 데이터와 1983년부터 2002년까지 모은 또다른 데이터들이 포함되어 있으며 검토된 사진에는 몇몇 아마추어 관측 데이터도 포함되어 있다. 
전문적 관측 결과로 인정된 아마추어 천문학자 세바스티안 오테로 (2000-2013)의 관측 자료들은 학자들에 의해 최고수준의 관측자료로 간주되었다.
   

[4] HR 5171 A 의 밝기 등급은 6.10 에서 7.30 사이를 왔다갔다 한다.

이 별은 켄타우루스 자리에서 발견할 수 있다.

 

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release  2014년 3월 12일자
           http://www.eso.org/public/news/eso1409/

 

참고 : HR 5171 A를 비롯한 각종 별에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 참고하세요.
         https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

원문>

VLT Spots Largest Yellow Hypergiant Star

Mix of new and old observations reveals exotic binary system

12 March 2014

ESO’s Very Large Telescope Interferometer has revealed the largest yellow star — and one of the ten largest stars found so far. This hypergiant has been found to measure more than 1300 times the diameter of the Sun, and to be part of a double star system, with the second component so close that it is in contact with the main star. Observations spanning over sixty years, some from amateur observers, also indicate that this rare and remarkable object is changing very rapidly and has been caught during a very brief phase of its life.

Using ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI), Olivier Chesneau (Observatoire de la Côte d’Azur, Nice, France) and an international team of collaborators have found that the yellow hypergiant star HR 5171 A [1] is absolutely huge — 1300 times the diameter of the Sun and much bigger than was expected [2]. This makes it the largest yellow star known. It is also in the top ten of the largest stars known — 50% larger than the famous red supergiant Betelgeuse — and about one million times brighter than the Sun.

“The new observations also showed that this star has a very close binary partner, which was a real surprise,” says Chesneau. “The two stars are so close that they touch and the whole system resembles a gigantic peanut.”

The astronomers made use of a technique called interferometry to combine the light collected from multiple individual telescopes, effectively creating a giant telescope up to 140 metres in size. The new results prompted the team to thoroughly investigate older observations of the star spanning more than sixty years, to see how it had behaved in the past [3].

Yellow hypergiants are very rare, with only a dozen or so known in our galaxy — the best-known example being Rho Cassiopeiae. They are among the biggest and brightest stars known and are at a stage of their lives when they are unstable and changing rapidly. Due to this instability, yellow hypergiants also expel material outwards, forming a large, extended atmosphere around the star.

Despite its great distance of nearly 12 000 light-years from Earth, the object can just about be seen with the naked eye [4] by the keen-sighted. HR 5171 A has been found to be getting bigger over the last 40 years, cooling as it grows, and its evolution has now been caught in action. only a few stars are caught in this very brief phase, where they undergo a dramatic change in temperature as they rapidly evolve.  

By analysing data on the star’s varying brightness, using observations from other observatories, the astronomers confirmed the object to be an eclipsing binary system where the smaller component passes in front and behind the larger one as it orbits. In this case HR 5171 A is orbited by its companion star every 1300 days. The smaller companion is only slightly hotter than HR 5171 A’s surface temperature of 5000 degrees Celsius.

Chesneau concludes “The companion we have found is very significant as it can have an influence on the fate of HR 5171 A, for example, stripping off its outer layers and modifying its evolution.”

This new discovery highlights the importance of studying these huge and short-lived yellow hypergiants, and could provide a means of understanding the evolutionary processes of massive stars in general.

Notes

[1] The star is also known as V766 Cen, HD 119796 and HIP 67261.

[2] Comparable objects seem to all be red supergiants which reach 1000–1500 times the radius of the Sun and have initial masses not exceeding 20–25 Solar masses. The radius of a yellow supergiant was expected to be 400–700 times that of the Sun.

[3] Spectral data were obtained using the Anglo–Australian Telescope with the University College London Echelle Spectrograph (UCLES), at the South African Astronomical Observatory (SAAO), with PUCHEROS, from the Pontificia Universidad de Chile (PUC) and through coronagraphic observations with the Near-Infrared Coronagraphic Imager (NICI) on the Gemini South telescope. Archival photometric datasets examined include infrared photometry from the South African Astronomical Observatory spanning the time frame from 1975 to 2013 and other datasets from 1983 to 2002, including some amateur observations. The agreement of professional results with those from amateur astronomer Sebastian Otero (2000–2013) is considered by the authors to be “excellent”, and “illustrates the quality of these amateur observations”.

[4] The visual magnitude of HR 5171 A is seen to vary between 6.10 and 7.30. It and can be viewed in the constellation of Centaurus (The Centaur).

More information

This research was presented in a paper “The yellow hypergiant HR 5171 A: Resolving a massive interacting binary in the common envelope phase”, by Chesneau et al., to appear in the journal Astronomy & Astrophysics.

The team is composed of O. Chesneau (Laboratoire Lagrange, Univ. Nice Sophia-Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nice, France [Lagrange]), A. Meilland (Lagrange), E. Chapellier (Lagrange), F. Millour (Lagrange), A.M. Van Genderen (Leiden Observatory, Leiden, The Netherlands), Y. Nazé (Le Fonds de la Recherche Scientifique, Liège, Belgium), N. Smith (Steward Observatory, Tucson, USA), A. Spang (Lagrange), J.V. Smoker (ESO, Santiago, Chile), L. Dessart (Aix Marseille Université, CNRS, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, France), S. Kanaan (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Chile [IFA]), Ph. Bendjoya (Lagrange), M.W. Feast (South African Astronomical Observatory, South Africa [SAAO]), J.H. Groh (Geneva Observatory, Geneva, Switzerland), A. Lobel (Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgium), N. Nardetto (Lagrange), S. Otero (American Association of Variable Star Observers, Cambridge, MA, USA), R.D. Oudmaijer (School of Physics & Astronomy, University of Leeds, UK), A.G. Tekola (SAAO and Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, CA, USA), P.A. Whitelock (SAAO), C. Arcos (IFA), M. Curé (IFA) and L. Vanzi (Department of Electrical Engineering and Center of Astro Engineering, Pontificia Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile).

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 15 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is the European partner of a revolutionary astronomical telescope ALMA, the largest astronomical project in existence. ESO is currently planning the 39-metre European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

Links

• Research paper (ArXiV pre-print)
• Photos of the VLTI
• Photos of AMBER

Contacts

Olivier Chesneau
Laboratoire Lagrange / Univ. Nice Sophia-Antipolis, CNRS - Observatoire de la Côte d’Azur
Nice, France
Tel: +33 (0)4 92 00 19 79
Email: olivier.chesneau@oca.eu

Richard Hook
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