G299.2-2.9

 

Credit : X-ray: NASA/CXC/U.Texas/S.Post et al, Infrared: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF

 

초신성 잔해라고 알려져 있는 폭발한 별의 잔해들이 널려 있는 곳은 매우 뜨겁고, 밝게 빛나는 고에너지 X선이 가득차 있기 때문에 찬드라 X선 망원경이야말로 이러한 곳을 연구하는데 제격인 관측기구이다.

 

초신성 잔해 G299.2-2.9 (짧게 G299  라고도 표현함)는 우리 은하인 미리내 내에 위치하고 있지만 찬드라 망원경이 촬영한 이 사진은 마치 지구의 해바라기 꽃을 연상시킨다.

 

G299는 Ia 유형으로 분류되는 특별한 유형의 초신성 잔해이다.

천문학자들은 Ia 유형의 초신성이 원소들의 핵융합과 방대한 양의 에너지 분출을 동반하는 열핵반응에 의해 폭발하는 것으로 생각하고 있다.

이 유형의 초신성은 동반성과의 촘촘한 공전궤도를 가진 백색왜성에 의해 발생한다.
만약 백색왜성의 동반성이 태양과 같은 일반적인 별이라면 백색왜성은 이 동반성으로부터 물질들을 끌어당겨 불안정상태에 빠지면서 폭발하게 된다.

하지만 백색왜성이 또 다른 백색왜성을 공전하고 있다면 두 개 백색왜성이 충돌하면서 폭발이 발생하게 된다.

 

폭발이 발생하는 기재와는 상관없이 Ia 유형의 초신성은 자신이 몸담고 있는 은하 전체의 빛을 뛰어넘는 극단적이고 일관된 밝기가 나타나는 천체로서 오랫동안 알려져 있었다.

 

이러한 특징은 매우 중요한 특성에 해당한다.
왜냐하면 천문학자들은 이러한 속성을 이용하여 이 천체들을 우주의 거리지표석으로 사용하며 이를  통해 수십억 광년으로 떨어져 있는 은하까지의 정확한 거리를 측정하고 우주의 팽창율을 계산하기 때문이다.

 

Ia 유형의 초신성에 대한 전통적인 이론적 모델은 폭발이 대칭형으로 발생하며 팽창시 거의 원형에 가까운 형태로 팽창한다고 예견하고 있다.

이러한 모델은 Ia 유형의 초신성 폭발 잔해들이 무거운 별의 자체 붕괴를 포함하여 다른 유형의 초신성 폭발 잔해들 보다 대칭을 유지하는 경우가 더 많다는 점에서 지지를 받아왔다.

 

그러나 요즘은 Ia 유형의 초신성 폭발이 이전에 생각해왔던 것처럼 항상 대칭을 유지하는 것은 아닐 수도 있다는 사실이 발견되고 있다.

 

G299 는 이처럼 독특한 형태를 갖춘 Ia 초신성의 예가 될 수 있을 것이다.

찬드라 X선 망원경을 이용한 오랜 관측 결과, 과학자들은 이 초신성의 폭발 잔해가 다양한 방향에서 서로 다르게 팽창하고 있다는 것을 발견했다.

 

이 사진에서 붉은색, 초록색, 파란색은 각각 저에너지, 중에너지, 고에너지 X선에 대응된다.

중에너지 X선에는 철 원자의 복사선이 포함되어 있으며 고에너지 X선에는 규소와 황 원자의 복사선이 포함되어 있다.

 

찬드라 X선 망원경이 촬영한 X선 데이터와 지상에 위치한 2MASS 서베이로부터 취득한 적외선 데이터를 합성한 결과 사진에서보이는 바와 같이 별들이 그 모습을 드러냈다.

 

X선 데이터에 대한 보다 세부적인 분석을 실행한 결과 과학자들은 G299에서 명백한 비대칭의 예 몇 개를 발견할 수 있었다.

예를 들어 사진 정중앙 바로 위쪽으로 보이는 철과 규소 복사선의 양 사이에 나타나는 비율은 사진 정중앙 하단 부분보다 훨씬 더 큰 규모로 나타나고 있다.

이러한 차이는 상단에서 좀더 초록색이 우세하게 나타나는 한편 아래쪽에서는 파란색이 좀더 우세하게 나타나는 결과로 보인다.

 

또한 우측으로는 초신성 폭발잔해들이 강력하게 삐져나온 모습이 보인다.

이 지역에서 규소에 대한 철의 상대적인 양은 남쪽에서 보이는 비율과 유사하다.

 

찬드라 데이터에서 보이는 이러한 패턴은 폭발 자체가 한 쪽으로 치우쳐진채로 발생하였음을 암시하고 있다.

 

물론 이러한 형태는 폭발로 인해 팽창해가는 물질들이 고르지 않은 주변 환경과 맞닥뜨린 결과로 발생한 것일수도 있다.

정확한 원인이 무엇인지 여부와는 상관없이 G299를 비롯한 다른 초신성 잔해들에 대한 관측은 천문학자들에게 얼마나 다양한 초신성 폭발 잔해들이 연출될 수 있는지를 보여준다. 

 

이러한 연구 결과를 담은 논문은 2014년 9월 1일 Astrophysical Journal 에 개재되었으며 온라인판에서 열람이 가능하다.

논문의 저자들은 다음과 같다.
택사스 대학 세스 포스트(Seth Post)와 박상욱, 피츠버그 대학 칼스 바덴스(Carles Badenes), 펜실베니아 주립대학교 데이비드 뷰로우스(David Burrows), 뉴저지 주립대학교 존 휴(John Hughes), 한국천문연구원 이재준, 미야자키 대학 코지 모리(Koji Mori), 하바드-스미스소니언 천문센터 패트릭 슬레인(Patrick Slane)

 

 

Credit: NASA/CXC/A. Hobart

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 2월 12일 
         http://chandra.harvard.edu/photo/2015/g299/
      

참고 : G299.2-2.9를 비롯한 초신성 및 초신성 잔해에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346989

 

원문>

Because the debris fields of exploded stars, known as supernova remnants, are very hot, energetic, and glow brightly in X-ray light, NASA's Chandra X-ray Observatory has proven to be a valuable tool in studying them. The supernova remnant called G299.2-2.9 (or G299 for short) is located within our Milky Way galaxy, but Chandra's new image of it is reminiscent of a beautiful flower here on Earth.

G299 was left over by a particular class of supernovas called Type Ia. Astronomers think that a Type Ia supernova is a thermonuclear explosion - involving the fusion of elements and release of vast amounts of energy - of a white dwarf star in a tight orbit with a companion star. If the white dwarf's partner is a typical, Sun-like star, the white dwarf can become unstable and explode as it draws material from its companion. Alternatively, the white dwarf is in orbit with another white dwarf, the two may merge and can trigger an explosion.

Regardless of their triggering mechanism, Type Ia supernovas have long been known to be uniform in their extreme brightness, usually outshining the entire galaxy where they are found. This is important because scientists use these objects as cosmic mileposts, allowing them to accurately measure the distances of galaxies billions of light years away, and to determine the rate of expansion of the Universe.

Traditional theoretical models of Type Ia supernovas generally predict that these explosions would be symmetric, creating a near perfect sphere as they expand. These models have been supported by results showing that remnants of Type Ia supernovas are more symmetric than remnants of supernovas involving the collapse of massive stars.

However, astronomers are discovering that some Type Ia supernova explosions may not be as symmetric as previously thought. G299 could be an example of such an "unusual" Type Ia supernova. Using a long observation from Chandra, researchers discovered the shell of debris from the exploded star is expanding differently in various directions.

In this new Chandra image, red, green, and blue represent low, medium, and high-energy X-rays, respectively, detected by the telescope. The medium energy X-rays include emission from iron and the hard-energy X-rays include emission from silicon and sulfur. The X-ray data have been combined with infrared data from ground-based 2MASS survey that shows the stars in the field of view.

By performing a detailed analysis of the X-rays, researchers found several clear examples of asymmetry in G299. For example, the ratio between the amounts of iron and silicon in the part of the remnant just above the center is larger than in the part of the remnant just below the center. This difference can be seen in the greener color of the upper region compared to the bluer color of the lower region. Also, there is a strongly elongated portion of the remnant extending to the right. In this region, the relative amount of iron to silicon is similar to that found in the southern region of the remnant.

The patterns seen in the Chandra data suggest that a very lopsided explosion may have produced this Type Ia supernova. It might also be that the remnant has been expanding into an environment where the medium it encountered was uneven. Regardless of the ultimate explanation, observations of G299 and others like it are showing astronomers just how varied such beautiful cosmic flowers can be.

A paper describing these results was published in the September 1st, 2014 issue of The Astrophysical Journal, and is available online. The authors are Seth Post and Sangwook Park from the University of Texas at Arlington in Texas; Carles Badenes from the University of Pittsburgh, in Pittsburgh, Pennsylvania; David Burrows from Pennsylvania State University in University Park, Pennsylvania; John Hughes from Rutgers University in Piscataway, New Jersey; Jae-Joon Lee from the Korea Astronomy and Space Science Institute; Koji Mori from the University of Miyazaki in Japan and Patrick Slane from the Harvard-Smithsonian Center of Astrophysics in Cambridge, Massachusetts.

NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, manages the Chandra program for NASA's Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, controls Chandra's science and flight operations

Fast Facts for G299.2-2.9:
Credit	X-ray: NASA/CXC/U.Texas/S.Post et al, Infrared: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF
Release Date	February 12, 2015
Scale	Image is 24 arcmin across (about 114 light years)
Category	Supernovas & Supernova Remnants
Coordinates (J2000)	RA 12h 15m 33.80s | Dec -65° 26' 33.90"
Constellation	Musca
Observation Date	10 pointings between April 9, 2005 and Nov 13, 2010
Observation Time	186 hours 7 min (7 days 18 hours 7 min).
Obs. ID	5517, 11098-11101, 13157-13160, 13187
Instrument	ACIS
References	Post, S. et al, 2014, ApJ, 792:L20; arXiv:1406.2190
Color Code	X-ray (Red, Green, Blue), Infrared (Red, Green, Blue)

 

Distance Estimate

About 16,000 light years