2015. 7. 29. 22:49ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
사진 1> ESO 라실라 천문대의 신기술망원경이 2015년 7월 촬영한 이 사진의 한복판에서 가장 밝게 빛나는 별이 바로 센타우리 2013 새별(Nova Centauri 2013) 이다.
이 별은 첫번째 폭발이 발생한 후 18개월이 지난 상태이다.
이 새별에서 처음으로 리튬의 증거가 발견되었다.
새별에서 뿜어져나온 물질에서 처음으로 리튬 성분을 포착하였다.
ESO 라실라 천문대의 망원경들을 이용하여 센타우리 2013 새별을 관측한 결과 왜 갓 태어난 어린 별들에서 예상보다 더 많은 리튬이 관측되는지에 대한 수수께끼를 설명해 줄 수 있을만한 단서가 발견되었다.
이번 발견은 미리내의 화학적 진화양상에서 오랫동안 빈칸으로 남아있던 잃어버린 고리를 채우는 것이며 미리내의 수많은 별들에서 나타나는 화학적 조성의 차이를 이해하기 위한 천문학자들의 노력에 큰 걸음을 보태는 것이라 할 수 있다.
리튬은 138억년 전 빅뱅으로부터 생성된 원소일 것으로 추측되는, 그 양이 얼마 되지 않는 원소 중 하나이다.
그런데 오늘날 가까운 우주에서 우리를 둘러싸고 있는 별들에서 관측되는 리튬의 양에 대한 설명은 천문학자들에게 골치거리로 남아 있었다.
나이가 오래된 별은 예상보다 훨씬 적은 양의 리튬을 가지고 있으며 [1] 나이가 비교적 젊은 별들은 예상보다 최대 10배나 많은 리튬을 가지고 있다[2].
1970년 이래로 천문학자들은 어린 별들에서 발견되는 여분의 리튬 중 상당수가 우주 공간에 물질들을 쏟아내는 별폭발 현상인 새별로부터 만들어졌을 것으로 예측해왔다.
이렇게 새로 분출된 물질들이 차세대의 새로운 별들을 만들어내는 재료로 재활용되면서 어린 별들에서 더 많은 리튬이 발견된다는 것이다.
그러나 몇몇 새별들에 대에 그동안 수행된 주의깊은 연구에서조차 그 어떤 명확한 결론도 도출된 바가 없다.
로마 사피엔자 대학과 ICRANet 소속의 루카 이쪼(Luca Izzo)가 이끄는 연구팀은 MPG/ESO 2.2 미터 망원경에 장착된 FEROS와 칠레 카톨릭대학 천문대의 ESO 0.5미터 망원경에 장착된 PUCHEROS 분광기를 이용하여 센타우리 2013(the nova Nova Centauri 2013, 또는 V1369 Centauri)이라는 새별을 연구했다.
사진 2> 남반구의 하늘에서 가장 밝은 축에 속하는 두 개의 별인 알파 센타우리와 베타 센타우리가 2013년 후반에 새로운 동반자를 맞았다.
센타우리 2013이라는 이름의 이 새별은 맨눈으로도 볼 수 있을만큼 밝은 별이다.
이 사진은 ESO의 사진대사인 유리 벨레츠키(Yuri Beletsky)가 2013년 12월 9일 월요일 이른 아침에 촬영한 것이다.
이 별은 2013년 12월 2일, 맨눈으로도 충분히 볼 수 있을만큼의 밝기에 도달했을 때 호주의 존 시츠(John Seach)에 의해 발견되었다.
센타우리 2013 새별은 21세기 들어 가장 밝게 나타난 새별이다.
이 특별한 사건은 고전적인 '새별' 현상으로 알려져 있으며 초신성과는 명확하게 구분된다.
고전적인 새별 현상은 이중별계에서 발생한다.
한쪽 짝꿍별에서 흘러나온 수소 가스가 주별의 표면에 강착되어 열핵반응을 촉발시키게 되고, 이로부터 주별의 밝기는 갑자기 밝아지게 된다.
그러나 고전적인 새별 현상에서 주별은 초신성의 경우처럼 폭발하지는 않는다.
그 대신 이 별은 드라마틱하게 밝은 빛을 뿜어내게 되며 별의 표피가 일제히 팽창해 나오게 된다.
사진에서 센타우리 2013 새별은 사진 우측 하단에 밝게 보이는 두 별 중 좀더 푸른 빛을 띠고 좀 더 높이 떠 있는 별인 베타 센타우리의 바로 왼쪽에 위치하고 있다.
남십자자리와 석탄자루 별구름이 사진 상단에 보인다.
앞쪽으로 보이는 것은 1976년 취역한 ESO 3.6미터 망원경으로서 현재는 가장 왕성하게 외계행성을 찾아내고 있는 장비인 HARPS 분광기를 장착하고 있다.
칠레 산티아고에서 북쪽으로 600킬로미터 지점인 아타카마 사막 외곽 2400미터 고지에 자리잡고 있는 ESO 라실라 천문대는 건립당시에는 세계 최대 규모의 천문대였다.
이 별 폭발 현상은 센타우루스 자리 베타 별 근처에서 2013년 12월에 발생하였는데, 이 새별은 21세기 들어 아직까지는 가장 밝은 새별의 기록을 가지고 있으며 당시 맨눈으로도 쉽게 관측이 가능했다.[3]
매우 세밀하게 관측된 새로운 데이터는 새별로부터 시속 2백만 킬로미터의 속도로 쏟아져나온 리튬의 명백한 신호를 드러내주었다.[4]
이러한 결과는 지금까지 새별로부터 뿜어져나온 원소로는 처음으로 탐지된 것이다.
이번 논문의 공동저자인 이탈리아 국립천문학연구소 마시모 델라 발레(Massimo Della Valle )가 설명하는 이번 발견의 의미는 다음과 같다.
"이번 발견은 매우 중요한 일보 전진이라 할 수 있습니다.
미리내의 화학적 진화 역사를 만약 하나의 거대한 지그소 퍼즐로 가정한다면 새별로부터 쏟아져 나오는 리튬은 매우 중요한, 잃어버린 조각들 중 하나가 됩니다.
리튬의 수수께끼가 이해될 때까지는 그 어떤 빅뱅 모델도 의문에 싸일 수밖에 없는 상황이었죠."
센타우리 2013 새별에서 분출된 리튬의 양은 매우 미미한 수준으로서 태양 질량의 십억분의 일도 되지 않는다.
그러나 지금까지 미래내에서 수십억개에 달하는 새별들이 있어왔으므로 현재 미리내에서 관측되는 예상보다 많은 양의 리튬을 설명하는데는 충분한다.
이번 논문의 저자인 ESO의 루카 파스퀴니(Luca Pasquini)와 마시모 델라 발레는 4반세기동안 새별에서 발생하는 리튬의 증거를 찾아온 학자들이다.
이번 연구 결과는 오랫동안 연구를 수행해온 이들에게도 매우 만족스러운 결과이기도 하지만 이들보다 젊은 수석 과학자 역시 또다른 측면에서 전율을 만끽하고 있다.
루카 이쪼의 소감은 다음과 같다.
"이건 정말 흥분되는 일입니다. 제가 태어나기도 전에 예측된 무언가가 처음으로 관측된 날이 바로 2013년의 제 생일이었으니 말입니다."
표1> 이 표는 센타우루스 자리에서 센타우리 2013 새별의 위치를 보여주고 있다.(붉은색 원)
표 상의 모든 별은 어둡고 청명한 밤하늘에서라면 모두 육안으로 볼 수 있는 별들이다.
이 새별은 2013년 후반에 출현했으며 맨눈으로도 볼 수 있는 별이었다.
이 새별로부터 발생한 빛을 주의깊에 연구한 결과 새별에서 생성되는 리튬에 대한 증거를 처음으로 찾아낼 수 있었다.
사진 3> 이 사진은 센타우리 2013 새별과 그 주위 하늘을 담고 있다.
이 사진은 센타우리 2013 새별이 아직 폭발하기 전에 촬영된 것으로서 센타우리 2013은 다른 수천 개의 별들과 마찬가지로 희미한 별로 남아있다.
이 사진은 DSS2에서 촬영된 사진으로서 새별 현상이 나타나기 10년 전에 촬영된 것이다.
사진 4> 라실라 천문대의 하늘을 미리내가 가로지르고 있다.
수많은 별들의 바다에서 특별한 별인 센타우리 2013 새별이 밝게 빛나고 있다.
왼쪽에는 스웨덴 ESO 서브밀리미터 망원경(the Swedish-ESO Submillimetre Telescope, SEST)이 서 있다.
각주
[1] 오래된 늙은 별에서의 리튬 결핍은 오랫동안 남아 있는 수수께끼이다.
이에 대한 연구 결과는 다음의 링크에서 확인할 수 있다.
http://www.eso.org/public/news/eso1428/ -> 한국어 번역 : https://big-crunch.tistory.com/12347404
http://www.eso.org/public/news/eso1235/
http://www.eso.org/public/news/eso1132/
[2] 좀더 정확하게 '비교적 젊은' 또는 '비교적 오래된'이라는 표현을 천문학적 전문 용어로 표현하자면 항성종족 I (Population I) 과 항성종족 II (Population II) 로 표현할 수 있다.
항성종족 I 에는 우리 태양도 포함되어 있는데 여기에 속하는 별들은 무거운 원소를 많이 가지고 있으며 미리내 원반에서 형성된 별들이다.
항성종족 II 의 별들은 나이가 많고 무거운 원소는 적게 포함하고 있으며 주로 미리내의 팽대부와 헤일로 그리고 구상성단 내에서 발견된다.
비교적 젊은 축에 속하는 항성종족 I의 별들은 여전히 수십억년의 수명을 남겨두도 있는 별들이다.
[3] 적당한 분광기를 탑재하고 있는 상대적으로 작은 망원경들이 이러한 종류의 관측에서는 매우 강력한 기능을 발휘한다.
비록 오늘날은 거대 망원경의 시대이긴 하지만 특별한 임무에 투입되는 작은 망원경들은 여전히 유용하게 사용되고 있다.
[4] 새별로부터 지구로 향하는 이 빠른 속도가 의미하는 것은 리튬의 존재로 인해 나타나는 스펙트럼상에의 흡수선 파장이 파란색 쪽으로 현저한 이동 양상을 보였다는 사실이다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release 2015년 7월 29일자
http://www.eso.org/public/news/eso1531/
참고 : 켄타우루스자리 2013을 비롯한 각종 별들에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346972
원문>
eso1531 — Science Release
First Detection of Lithium from an Exploding Star
29 July 2015
The chemical element lithium has been found for the first time in material ejected by a nova. Observations of Nova Centauri 2013 made using telescopes at ESO’s La Silla Observatory, and near Santiago in Chile, help to explain the mystery of why many young stars seem to have more of this chemical element than expected. This new finding fills in a long-missing piece in the puzzle representing our galaxy’s chemical evolution, and is a big step forward for astronomers trying to understand the amounts of different chemical elements in stars in the Milky Way.
The light chemical element lithium is one of the few elements that is predicted to have been created by the Big Bang, 13.8 billion years ago. But understanding the amounts of lithium observed in stars around us today in the Universe has given astronomers headaches. Older stars have less lithium than expected [1], and some younger ones up to ten times more [2].
Since the 1970s, astronomers have speculated that much of the extra lithium found in young stars may have come from novae — stellar explosions that expel material into the space between the stars, where it contributes to the material that builds the next stellar generation. But careful study of several novae has yielded no clear result up to now.
A team led by Luca Izzo (Sapienza University of Rome, and ICRANet, Pescara, Italy) has now used the FEROS instrument on the MPG/ESO 2.2-metre telescope at the La Silla Observatory, as well the PUCHEROS spectrograph on the ESO 0.5-metre telescope at the Observatory of the Pontificia Universidad Catolica de Chile in Santa Martina near Santiago, to study the nova Nova Centauri 2013 (V1369 Centauri). This star exploded in the southern skies close to the bright star Beta Centauri in December 2013 and was the brightest nova so far this century — easily visible to the naked eye [3].
The very detailed new data revealed the clear signature of lithium being expelled at two million kilometres per hour from the nova [4]. This is the first detection of the element ejected from a nova system to date.
Co-author Massimo Della Valle (INAF–Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Naples, and ICRANet, Pescara, Italy) explains the significance of this finding: “It is a very important step forward. If we imagine the history of the chemical evolution of the Milky Way as a big jigsaw, then lithium from novae was one of the most important and puzzling missing pieces. In addition, any model of the Big Bang can be questioned until the lithium conundrum is understood.”
The mass of ejected lithium in Nova Centauri 2013 is estimated to be tiny (less than a billionth of the mass of the Sun), but, as there have been many billions of novae in the history of the Milky Way, this is enough to explain the observed and unexpectedly large amounts of lithium in our galaxy.
Authors Luca Pasquini (ESO, Garching, Germany) and Massimo Della Valle have been looking for evidence of lithium in novae for more than a quarter of a century. This is the satisfying conclusion to a long search for them. And for the younger lead scientist there is a different kind of thrill:
"It is very exciting,” says Luca Izzo, “to find something that was predicted before I was born and then first observed on my birthday in 2013!”
Notes
[1] The lack of lithium in older stars is a long-standing puzzle. Results on this topic include these press releases: eso1428, eso1235 and eso1132.
[2] More precisely, the terms “younger” and “older” are used to refer to what astronomers call Population I and Population II stars. The Population I category includes the Sun; these stars are rich in heavier chemical elements and form the disc of the Milky Way. Population II stars are older, with a low heavy-element content, and are found in the Milky Way Bulge and Halo, and globular star clusters. Stars in the “younger” Population I class can still be several billion years old!
[3] These comparatively small telescopes, equipped with suitable spectrographs, are powerful tools for this kind of research. Even in the era of extremely large telescopes smaller telescopes dedicated to specific tasks can remain very valuable.
[4] This high velocity, from the nova towards the Earth, means that the wavelength of the line in the absorption in the spectrum due to the presence of lithium is significantly shifted towards the blue end of the spectrum.
More information
This research was presented in a paper entitled “Early optical spectra of Nova V1369 Cen show presence of lithium”, by L. Izzo et al., published online in the Astrophysical Journal Letters.
The team is composed of Luca Izzo (Sapienza University of Rome, and ICRANet, Pescara, Italy), Massimo Della Valle (INAF–Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Naples; ICRANet, Pescara, Italy), Elena Mason (INAF–Osservatorio Astronomico di Trieste, Trieste, Italy), Francesca Matteucci (Universitá di Trieste, Trieste, Italy), Donatella Romano (INAF–Osservatorio Astronomico di Bologna, Bologna, Italy), Luca Pasquini (ESO, Garching bei Munchen, Germany), Leonardo Vanzi (Department of Electrical Engineering and Center of Astro Engineering, PUC-Chile, Santiago, Chile), Andres Jordan (Institute of Astrophysics and Center of Astro Engineering, PUC-Chile, Santiago, Chile), José Miguel Fernandez (Institute of Astrophysics, PUC-Chile, Santiago, Chile), Paz Bluhm (Institute of Astrophysics, PUC-Chile, Santiago, Chile), Rafael Brahm (Institute of Astrophysics, PUC-Chile, Santiago, Chile), Nestor Espinoza (Institute of Astrophysics, PUC-Chile, Santiago, Chile) and Robert Williams (STScI, Baltimore, Maryland, USA).
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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Luca Izzo
Sapienza University of Rome/ICRANet
Pescara, Italy
Email: luca.izzo@gmail.com
Massimo Della Valle
INAF–Osservatorio Astronomico di Capodimonte
Naples, Italy
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Luca Pasquini
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6792
Email: lpasquin@eso.org
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