NGC 6388 : 행성을 파괴시킨 백색난쟁이별

Credit  X-ray: NASA/CXC/IASF Palermo/M.Del Santo et al; Optical: NASA/STScI

 

• 미리내 외곽에서 행성 하나가 백색난쟁이별에 의해 파괴된 것으로 보인다.
• 백색난쟁이별이란 태양과 같은 별이 핵연료를 모두 소진하고 고밀도 핵만 남은 별을 말한다. 
• 찬드라우주망원경과 다른 망원경들의 관측 데이터를 함께 고려한 결과 천문학자들은 이번에 관측된 대상이 중력작용에 의해 파괴된 행성일 것으로 생각하고 있다.

행성의 파괴라는 것이 아마도 공상과학영화의 소재처럼 들리겠지만 천문학 연구팀이 미리내 외곽에 위치한 고대의 별무리에서 이러한 일이 실제 발생한 것으로 보이는 증거를 발견했다.
NASA의 찬드라X선망원경을 포함한 몇몇 망원경의 관측 자료를 활용하여 과학자들은 백색난쟁이별이 지나치게 가깝게 접근한 행성을 찢어놓은 것으로 보이는 현상을 발견했다.

 

어떻게 지구정도 크기밖에 되지 않는 백색난쟁이별이 이처럼 극단적인 행동을 할 수 있을가?
그 답은 중력에 있다.

 

별이 백색난쟁이별의 단계에 들어서게되면 원래 별로부터 물려받은 물질은 원래 별 크기의 100분의 1의 반경 이내에 모두 밀집하게 된다.
이것은 백색난쟁이별에 행성이 지나치게 가깝게 접근할 경우 행성의 별로부터 가까운 지점과 그 반대지점에서 차이를 나타내게 되는 별의 인력 및 이와 연관된 조석력이 매우 크게 강화된다는 것을 의미한다.

과학자들은 유럽우주국의 국제 감마선 천체물리 연구소(INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory, 이하 INTEGRAL)를 활용하여 구상별무리 NGC 6388 의 중심에서 새로운 X선원을 발견했다.
가시광 관측에서는 NGC 6388 중심에 태양질량의 수백배 정도 또는 그 이상의 질량의 가진 중간규모의 블랙홀이 있을 것이라는 단서가 나타난 바 있다.

 

INTEGRAL에 의해 감지된 X선은 이 중간규모의 블랙홀을 향해 소용돌이치고 있는 뜨거운 가스에서 생성되었을 흥미로운 가능성이 제기되었다.
이후 찬드라의 탁월한 X선 관측 능력을 통해 천문학자들은 NGC 6388로부터 발생하고 있는 X선이 이 별무리 중심에 있는 가상의 블랙홀에서 나오는 것이 아니라 미세하게 한족으로 쏠린 지역에서 발생하고 있음을 알아낼 수 있었다.

 

이 사진은 NGC 6388을 촬영한 데이터를 조합한 것으로서 찬드라X선 망원경에 의해 수집된 데이터는 분홍색으로 표현되어 있으며 오렌지색과 하얀색으로 표시되어 있는 수많은 별들과 함께 허블우주 망원경이 3원색으로 촬영한 가시광 데이터가 나타나 있다.

X선원들과 별무리 중심부 가까이에 존재하는 수많은 별들을 겹쳐놓은 결과 이 부분 역시 하얀색으로 나타나고 있다.

 

X선원의 원천일 것으로 보이는 천체에서 중심의 블랙홀이 배제되면서 실제 NGC 6388에서 X선의 근원이 되는 천체에 대한 단서 찾기가 계속되었다.

이 X선원은 INTEGRAL에 의해 처음으로 탐지된 후 200일동안 NASA의 스위프트 감마선 폭발 위성에 탑재된 X선 망원경에 의해 지속적으로 모니터링되었다.
그리고 이 X선원이 스위프트위성의 감시기간동안 희미해지는 것이 포착되었다.

 

이때 감소된 X선의 밝기 정도가 백색난쟁이별의 중력조석작용에 의해 행성이 파괴될 때 나타나는 이론적인 모델과 일치했다.
이 모델에 의하면 이 행성은 구상별무리 내에 고밀도로 몰려있는 별들의 중력작용에 의해 자신의 별로부터 처음으로 끌려나간 행성에 해당한다.
그리고 이처럼 자신의 별로부터 끌려나온 행성이 백색난쟁이별에 너무나 가깝게 다가가면서 백색난쟁이별의 강력한 조석 작용에 의해 산산이 찢기게 된 것이다.
그리고나서 이 행성의 잔해가 백색난쟁이별로 추락하는 동안 X선에서 열과 불꽃을 뿜어내게 되었다.

 

이번에 관측된 X선 복사에서 서로 다르게 나타난 에너지의 양은 이와 같은 중력 파괴 작용에서 예측된 것과 일치하는 것이었다.
과학자들의 추정치에 의하면 파괴된 행성의 질량은 지구 질량의 3분의 1 수준이고, 백색왜성의 질량은 태양 질량의 1.4배 정도이다.

 

행성이 중력에 의해 파괴되었다고 보는 것이 엄격하게 사실로 규명된 것은 아니지만 이번에 탐지된 X선이 발생가능한 경우를 여러 망원경들을 활용한 데이터를 이용하여 제외시켜나가면서 그 가능성이 더더욱 커져갔다.

예를 들어 이 X선원은 빠르게 회전하거나 맥동양상을 보여주는 X선 폭발과 같은 중성자 별에서 보이는 명백한 특징들은 전혀 보여주지 않았다.

또한 이 X선원은 별 정도의 질량을 가진 블랙홀을 거느린 이중성계의 일원에서 감지가능한 라디오파가  감지하기 어려울 정도로 매우 희미했다.

 

이러한 결과를 기술한 논문은 2014년 10월 왕립천문학회 월간 소식지에 개재되었다.

이 논문의 저자들은 다음과 같다.
제1저자 : 멜라니아 델 산토(Melania Del Santo, 이탈리아 국립천체물리연구소)
공동저자 :

아칠레 누시타(Achille Nucita, 델 살렌토 대학교)
쥐세페 로다토(Giuseppe Lodato, 밀라노 대학교)
루이지 만니(Luigi Manni, 델 살렌토 대학교)
프란체스코 드 파올리스(Francesco De Paolis, 델 살렌토 대학교)
제이 파리하이(Jay Farihi, 런던대학교)
지오반니 드 체사레(Giovanni De Cesare, 이탈리아 국립천체물리연구소)
알베르토 세그레토(Alberto Segreto, 이탈리아 국립천체물리연구소)
               
NASA 마샬 우주비행 센터는 찬드라 프로그램을 관리하고 있으며 스미스소니언 천체물리천문대는 찬드라우주 망원경의 과학적 운용 및 관제를 책임지고 있다. 
 
 
출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 4월 16일 
         http://chandra.harvard.edu/photo/2015/ngc6388/

 

참고 : NGC 6388을 비롯한 각종 성단에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346975

 

원문>

NGC 6388: White Dwarf May Have Shredded Passing Planet

• A planet may have been ripped apart by a white dwarf star in the outskirts of the Milky Way.

 

• A white dwarf is the dense core of a star like the Sun that has run out of nuclear fuel.

 

• Combining data from Chandra and several other telescopes, researchers think a "tidal disruption" may explain what is observed.

 

The destruction of a planet may sound like the stuff of science fiction, but a team of astronomers has found evidence that this may have happened in an ancient cluster of stars at the edge of the Milky Way galaxy.

Using several telescopes, including NASA's Chandra X-ray Observatory, researchers have found evidence that a white dwarf star - the dense core of a star like the Sun that has run out of nuclear fuel - may have ripped apart a planet as it came too close.

How could a white dwarf star, which is only about the size of the Earth, be responsible for such an extreme act? The answer is gravity. When a star reaches its white dwarf stage, nearly all of the material from the star is packed inside a radius one hundredth that of the original star. This means that, for close encounters, the gravitational pull of the star and the associated tides, caused by the difference in gravity's pull on the near and far side of the planet, are greatly enhanced. For example, the gravity at the surface of a white dwarf is over ten thousand times higher than the gravity at the surface of the Sun.

Researchers used the European Space Agency's INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) to discover a new X-ray source near the center of the globular cluster NGC 6388. Optical observations had hinted that an intermediate-mass black hole with mass equal to several hundred Suns or more resides at the center of NGC 6388. The X-ray detection by INTEGRAL then raised the intriguing possibility that the X-rays were produced by hot gas swirling towards an intermediate-mass black hole.

In a follow-up X-ray observation, Chandra's excellent X-ray vision enabled the astronomers to determine that the X-rays from NGC 6388 were not coming from the putative black hole at the center of the cluster, but instead from a location slightly off to one side. A new composite image shows NGC 6388 with X-rays detected by Chandra in pink and visible light from the Hubble Space Telescope in red, green, and blue, with many of the stars appearing to be orange or white. Overlapping X-ray sources and stars near the center of the cluster also causes the image to appear white.

With the central black hole ruled out as the potential X-ray source, the hunt continued for clues about the actual source in NGC 6388. The source was monitored with the X-ray telescope on board NASA's Swift Gamma Ray Burst mission for about 200 days after the discovery by INTEGRAL.

The source became dimmer during the period of Swift observations. The rate at which the X-ray brightness dropped agrees with theoretical models of a disruption of a planet by the gravitational tidal forces of a white dwarf. In these models, a planet is first pulled away from its parent star by the gravity of the dense concentration of stars in a globular cluster. When such a planet passes too close to a white dwarf, it can be torn apart by the intense tidal forces of the white dwarf. The planetary debris is then heated and glows in X-rays as it falls onto the white dwarf. The observed amount of X-rays emitted at different energies agrees with expectations for a tidal disruption event.

The researchers estimate that the destroyed planet would have contained about a third of the mass of Earth, while the white dwarf has about 1.4 times the Sun's mass.

While the case for the tidal disruption of a planet is not iron-clad, the argument for it was strengthened when astronomers used data from the multiple telescopes to help eliminate other possible explanations for the detected X-rays. For example, the source does not show some of the distinctive features of a binary containing a neutron star, such as pulsations or rapid X-ray bursts. Also, the source is much too faint in radio waves to be part of a binary system with a stellar-mass black hole.

A paper describing these results was published in an October 2014 issue of the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. The first author is Melania Del Santo of the National Institute for Astrophysics (INAF), IASF-Palermo, Italy, and the co-authors are Achille Nucita of the Universitá del Salento in Lecce, Italy; Giuseppe Lodato of the Universitá Degli Studi di Milano in Milan, Italy; Luigi Manni and Francesco De Paolis of the Universitá del Salento in Lecce, Italy; Jay Farihi of University College London in London, UK; Giovanni De Cesare of the National Institute for Astrophysics in IAPS-Rome, Italy and Alberto Segreto of the National Institute for Astrophysics (INAF), IASF-Palermo, Italy.

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 NGC 6388:
Credit	X-ray: NASA/CXC/IASF Palermo/M.Del Santo et al; Optical: NASA/STScI
Release Date	April 16, 2015
Scale	Image is 3 arcmin across (about 38 light years)
Category	Normal Stars & Star Clusters
Coordinates (J2000)	RA 17h 36m 17.46s | Dec -44° 44' 08.34"
Constellation	Scorpius
Observation Date	2 pointings on 21 Apr 2005 and 29 Aug 2011
Observation Time	13 hours.
Obs. ID	5505, 12453
Instrument	ACIS
References	Del Santo, M. et al, 2014, MNRAS, 444, 93; arXiv:1407.5081
Color Code	X-ray (Pink); Optical (Red, Green, Blue)

Distance Estimate

About 43,000 light years