메두사성운 : 그 공포스러운 아름다움

 

사진1>  Credit:ESO

 

 

천문학자들이 ESO의 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)을 이용하여 메두사성운에 대한 가장 세밀한 사진을 촬영해냈다. 

성운의 중심에 자리잡은 별이 삶의 마지막 단계에 접어들면서 껍데기를 우주로 쏟아내어 이 다채로운 구름을 만들어내고 있다. 

이 사진은 태양의 운명을 알려주는 예가 되는 사진으로서 태양 역시 최후에는 이러한 모습을 연출하게 될 것이다.

 

이 아름다운 행성상성운의 이름은 그리스 신화에 등장하는 공포의 괴물인 고르곤 메두사의 이름을 따서 지어졌다.

샤프리스 2-274(Sharpless 2-274)로도 알려져 있는 이 천체는 쌍동이 자리에 위치하고 있다.

메두사성운은 거의 4광년에 걸쳐 펼쳐져 있으며 지구로부터 1500 광년 거리에 위치하고 있다. 

 

거대한 크기에도 불구하고 이 천체는 너무나 희미하여 관측하기가 쉽지는 않다.

 

메두사는 모든 머리카락이 뱀으로 되어있는 무시무시한 괴물이다.

뱀들의 모습은 이 성운에서 불타오르는 가스의 다발들에 의해 연출되어 있다. 

 

수소 가스로부터 발생하는 붉은 빛과 산소 가스로부터 복사되는 희미한 초록색 빛이 사진 테두리 너머로까지 펼쳐지면서 하늘에서 초승달 모양을 연출하고 있다.

 

삶의 마지막 단계에 다다른 별의 질량 분출은 자주 단속적인 분출 양상을 띤다.

그리고 그 결과로 행성상성운 내에서 환상적인 구조를 만들어내게 된다. 

 

1만여 년에 걸쳐 이 행성상성운의 중심부는 이렇게 장관을 이루고 있는 다채로운 가스 구름에 의해 둘러싸여 있는 상태이다[1].

수천년의 세월을 지나오면서 이 가스는 천천히 주위로 퍼져나가고 있다.

 

이 단계는 태양과 같은 별이 백색 난쟁이별로서 활동을 끝마치기 바로 전에 거치게 되는 마지막 단계이다.

 

별의 전 생애 주기에서 행성상성운의 단계는 짧은 순간에 지나지 않는다.

이것은 마치 인간의 전 생애에서 비누 거품을 만들어 불고 다니는 어린 시절이 얼마되지 않는 것과 같다.

 

성운의 중심에 자리잡고 있는 매우 뜨거운 별로부터 쏟아져 나오는 거친 자외선 복사로 인해 바깥쪽으로 몰아쳐 나오는 가스의 원자가 전자를 잃으면서 이온화 가스가 남겨지게 된다.

 

불타오르는 가스는 그 특징적인 색채로 인해 원소를 식별할 수 있다.

특히 이중 이온화 산소[O III]로부터 발생하는 초록색 불꽃은 행성상성운을 찾아내는 도구로 사용된다.  

 

여기에 적절한 필터를 사용함으로써 천문학자들은 불타오르는 가스로부터 발생하는 복사를 식별해낼 수 있고, 비교적 어두운 배경에 대해 희미한 성운의 모습을 보다 뚜렷하게 구분할 수 있게 되는 것이다.  

 

성운에서 초록색 복사가 처음으로 관측되었을 때, 천문학자들은 이른바 네불륨(nebulium)이라 불리는 새로운 원소를 발견한 것이라고 생각했었다.

나중에 과학자들은 이 초록빛이 우리에게 너무나 익숙한 산소가 이온화 되었을 때 방출되는 복사라는 것을 알게 되었다[2] .

 

이 성운은 또한 1955년 이 천체를 발견한 미국의 천문학자 조지 O.아벨(George O. Abell)의 이름을 딴 천체목록인 Abell 21로도 언급되며 보다 공식적으로는 PN A66 21 로 등재되어 있다.

 

간혹 과학자들은 이 구름들이 초신성 폭발의 잔해일 가능성이 있는지의 여부로 논쟁을 하곤 했다.

그러나 1970년대, 과학자들은 구름 내의 물질들의 움직임과 물질의 또 다른 속성을 측정한 결과 이 천체가 행성상성운이라는 것을 명확하게 구분해낼 수 있었다 [3]. 

 

ESO의 코스믹 잼 프로그램(ESO Cosmic Gems programme )의 일환으로 촬영된 이 사진은 VLT에 장착되어 있는 FORS(the FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph)의 데이터를 이용하여 만들어졌다.

 

Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

 

표1> 이 표는 그 유명한 황도 12궁의 하나인 쌍동이 자리를 보여주고 있다.

표 상의 모든 별들은 청명한 하늘 아래에서라면 맨눈으로도 볼 수 있는 별들이다.

메두사성운의 위치는 붉은 색 원으로 표시되어 있다.         

이 거대하고 아름다운 행성상성운은 불행히도 너무나 희미하여 작은 빛통으로는 보기가 어려우며 오직 사진을 통해서만 그 모습이 드러난다. 

 

Credit:ESO/Digitized Sky Survey 2

 

사진 2> 이 광대역 사진은 메두사성운으로 알려져 있는 희미한 행성상성운과 그 주변의 하늘을 담고 있다.            

메두사성운의 전체 모습과 함께 수많은 별들과 훨씬 멀리 떨어져 있는 은하들의 모습이 함께 담겨 있다.

사진은 DSS2(Digitized Sky Survey 2)의 일환으로 촬영된 것이다.

 

 

각주
[1] 눈에 보이는 것과는 달리 메두사성운의 중심부에 있는 별은 사진 중심에 보이는 밝은 별이 아니다.

사진 중심에 보이는 밝은 별은  TYC 776-1339-1 이라고 분류된 훨씬 앞쪽으로 위치하고 있는 별이다.

메두사성운의 중심에 자리잡고 있는 별은 매우 흐린 푸른 빛의 별로서 초승달 모양을 하고 있는 메두사 성운 전체의 중심에서는 벗어나 있는데 사진의 오른쪽 측면에 위치하고 있다.

 

[2] 이러한 유형의 복사는 드물게 일어난다 왜냐하면 이러한 복사를 만들어내는 규칙이 금지된 메커니즘에 의해 일어나기 때문이다. 
이러한 전이는 양자적 선택 규칙설에 의하면 일어날 수 없는 전이형태이지만 낮은 발생가능성에도 불구하고 여전히 발생한다. 
이중이온화 산소[O III]라는 등재명은 이 복사가 이중으로 이온화된(III 의 의미) 산소(O)로부터 나타나는 금지된 복사(각진 괄호의 의미)라는 의미를 담고 있다.
    
[3] 이 구름의 팽창 속도는 대략 초속 50킬로미터였으며 이는 초신성 잔해에서 예측되는것보다는 훨씬 느린 속도였다.

 

[4] ESO의 우주보석프로그램(The ESO Cosmic Gems programme)은 교육과 공공 봉사를 목적으로 ESO의 망원경을 활용하여 재미있고, 흥미로우며 시각적으로 매우 멋진 천체 사진을 제공하는데 목적을 두고 있다. 
이 프로그램에 의해 망원경이 사용되는 시간에는 일체의 과학적 탐사를 수행할 수 없다.
물론 이렇게 수집된 모든 데이터들은 과학적 목적에도 합치할 것이며, ESO의 과학자료 축적을 통해 천문학자에게도 유용하게 사용될 수 있을 것이다. 
 

 

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release  2015년 5월 20일자 
         http://www.eso.org/public/news/eso1520/        

 

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

 

원문>

eso1520 — Photo Release

The Dreadful Beauty of Medusa

20 May 2015

 

Astronomers using ESO’s Very Large Telescope in Chile have captured the most detailed image ever taken of the Medusa Nebula. As the star at the heart of this nebula made its transition into retirement, it shed its outer layers into space, forming this colourful cloud. The image foreshadows the final fate of the Sun, which will eventually also become an object of this kind.

This beautiful planetary nebula is named after a dreadful creature from Greek mythology — the Gorgon Medusa. It is also known as Sharpless 2-274 and is located in the constellation of Gemini (The Twins). The Medusa Nebula spans approximately four light-years and lies at a distance of about 1500 light-years. Despite its size it is extremely dim and hard to observe.

Medusa was a hideous creature with snakes in place of hair. These snakes are represented by the serpentine filaments of glowing gas in this nebula. The red glow from hydrogen and the fainter green emission from oxygen gas extends well beyond this frame, forming a crescent shape in the sky. The ejection of mass from stars at this stage of their evolution is often intermittent, which can result in fascinating structures within planetary nebulae.

For tens of thousands of years  the stellar cores of planetary nebulae are surrounded by these spectacularly colourful clouds of gas [1]. Over a further few thousand years the gas slowly disperses into its surroundings. This is the last phase in the transformation of stars like the Sun before ending their active lives as white dwarfs. The planetary nebula stage in the life of a star is a tiny fraction of its total life span — just as the time a child takes to blow a soap bubble and see it drift away is a brief instant compared to a full human life span.

Harsh ultraviolet radiation from the very hot star at the core of the nebula causes atoms in the outward-moving gas to lose their electrons, leaving behind ionised gas. The characteristic colours of this glowing gas can be used to identify objects. In particular, the presence of the green glow from doubly ionised oxygen ([O III]) is used as a tool for spotting planetary nebulae. By applying appropriate filters, astronomers can isolate the radiation from the glowing gas and make the dim nebulae appear more pronounced against a darker background.

When the green [O III] emission from nebulae was first observed, astronomers thought they had discovered a new element that they dubbed nebulium. They later realised that it was simply a rare wavelength of radiation [2] from an ionised form of the familiar element oxygen.

The nebula is also referred to as Abell 21 (more formally PN A66 21), after the American astronomer George O. Abell, who discovered this object in 1955. For some time scientists debated whether the cloud could be the remnant of a supernova explosion. In the 1970s, however, researchers were able to measure the movement and other properties of the material in the cloud and clearly identify it as a planetary nebula [3].

This image uses data from the FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph (FORS) instrument attached to the VLT, which were acquired as part of the ESO Cosmic Gems programme [4].

Notes

[1] Counterintuitively, the stellar core of the Medusa Nebula is not the bright star in the centre of this image — this is a foreground star called TYC 776-1339-1. Medusa’s central star is a dimmer, bluish star lying just off-centre of the crescent shape and in the right-hand part of this image.

[2] This type of radiation is rare because it is created by a forbidden mechanism — transitions that are forbidden by quantum selection rules, but can still occur with a low probability. The designation [O III] means that the radiation is forbidden (the square brackets) emission from doubly ionised (the III part of the name) oxygen (O).

[3] The expansion velocity of the cloud was found to be about 50 kilometres/second — much lower than would be expected for a supernova remnant.

[4] The ESO Cosmic Gems programme is an outreach initiative to produce images of interesting, intriguing or visually attractive objects using ESO telescopes, for the purposes of education and public outreach. The programme makes use of telescope time that cannot be used for science observations. All data collected may also be suitable for scientific purposes, and are made available to astronomers through ESO’s science archive.

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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 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. 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 a major partner in ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre European Extremely Large Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

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