PN M2-9 : 우주 나비의 날개

 

Credit:ESA/Hubble & NASA     Acknowledgement: Judy Schmidt

 

사진 1> 쌍둥이제트성운인 PN M2-9는 양극성 행성상성운의 인상적인 예 중 하나이다.

양극성 행성상성운은 그 중심에 이중별계가 있을 때 생성되는 것이며 이 성운의 크기 증가폭을 측정한 결과 이 성운이 폭발하여 구체를 형성한 때가 고작 1200년 밖에 되지 않았다는 사실이 밝혀졌다.

어른거리는 다양한 색채를 담아낸 이 사진은 쌍둥이제트성운(the Twin Jet Nebula)의 인상적인 복잡성을 그대로 보여주고 있다.

성운의 껍데기와 중앙 매듭부분에서 팽창해 나오는 가스의 모습이 놀랍도록 세세하게 드러나고 있다.

중심에 자리잡고 있는 별들로부터 두 개의 무지개빛 구체를 이루고 있는 물질들이 뿜어져 나오고 있다.

이 구체를 형성하고 있는 거대한 가스 제트는 중심별로부터 시속 100만 킬로미터 이상의 속도로 흘러 나오고 있다.
 

허블우주망원경이 촬영한 이 우주의 나비는 수많은 이름을 가지고 있다.

쌍둥이제트성운이라 불리기도 하는 이 성운은 PN M2-9라는 공식적인 이름을 가지고 있다.

이 이름에서 M은 1947년 이 성운을 처음으로 발견한 독일계 미국인인 루돌프 민코브스키(Rudolph Minkowski)의 이름에서 따온 것이다.
PN은 이 천체가 행성상성운(planetary nebula)임을 의미한다.

 

사진에 명확하게 보이는 팽창하며 밝게 빛나는 껍데기들은 삶의 마지막 단계에 다다른 중간 정도의 질량을 가진 늙은 별의 존재를 말해주고 있다.

이 별은 이처럼 외곽 표피층을 뿜어내고 있을뿐 아니라 표피층이 떨어져나가면서 노출된 중심 핵에서 쏟아져나오는 밝은 빛이 앞서 뿜어낸 물질들을 밝게 빛나게 만들면서 사진에서와 같은 장대한 모습을 연출하고 있다.

그런데 쌍둥이제트성운은 그저 일반적인 행성상성운이 아닌 양극성 성운(bipolar nebula)에 해당하는 천체이다.

 

일반적인 행성상성운은 그 중심에 하나의 별만을 가지고 있음에 반해 양극성 성운은 그 중심에 이중별계를 이루는 두 개의 별을 가지고 있다.

천문학자들은 이곳에 있는 한쌍의 별이 가지고 있는 각각의 질량이 태양과 거의 동일하다는 것을 밝혀냈다. 

한쌍의 별 중 작은 별은 태양 질량의 0.6에서 1.0 수준의 질량을 가지고 있으며 큰 별은 태양 질량의 1.0에서 1.4배의 질량을 가지고 있다.

이 중에서 비교적 더 큰 별이 삶의 마지막 단계에 접어들면서 외곽 표피의 가스층을 우주로 쏟아내고 있으며, 그 짝별은 이미 더 진화된 상태인 작은 백색 난쟁이 별이 된 상태이다.

쌍둥이제트성운의 특징을 만들어내고 있는 날개 모양은 서로간에 공전을 계속하고 있는 이 두 개 중심별의 움직임에 의해 만들어진 것으로 추측된다.

백색 난쟁이 별이 자신의 짝꿍별 주위를 돌 때, 이 짝꿍별에서 분출된 가스가 두 방향으로 끄집어져 나오면서 두 개의 구체를 형성하게 되었을 것으로 추정된다.

 

그러나 천문학자들은 모든 양극성 성운들이 이처럼 이중별계에서 만들어지는 것인지에 대해서는 논쟁을 계속하고 있다.

 

한편으로 이 성운의 양 날개는 여전히 몸집을 불려가고 있기 때문에 그 팽창율을 기반으로 천문학자들은 이 성운이 고작 1200년 전에 만들어졌다는 사실을 계산해냈다.

양 날개 안쪽에는 이중별계로부터 시작되어 마치 수맥처럼 수평으로 팽창되어나온 폭풍이 희미한 파란빛으로 빛나고 있다.

비록 이 파란빛은 성운의 무지개 빛과 비교해서는 미묘한 색감을 보이지만 이것이야말로 우주공간으로 쏟아져나오는 가장 파괴적인 제트로서 그 속도는 시속 100만 킬로미터를 넘어서고 있다.

이러한 현상은 성운의 중심에 위치한 이중별계가 만들어내는 또 하나의 독특한 결과에 해당한다.

이 제트들은 천천히 방향을 바꾸면서 이중별계의 변덕스러운 중력에 의해 끌어당겨지며 두 개의 구체를 가로지르고 있다.

성운의 중심에 자리잡고 있는 두 개의 별은 서로에 대해 100년에 한번 꼴로 공전하고 있다.

 

이러한 회전이 나비를 닮은 두 개의 구체 날개를 만들어내고 있다.

뿐만 아니라 백색 난쟁이 별의 경우 자신의 짝꿍별로부터 빼앗아온 가스로 주변에 거대한 물질 원반을 만들고 있는데, 이 물질 원반의 폭을 플루토 공전 궤도의 15배나 달하는 방대한 폭으로까지 팽창시키고 있다.

 

원반의 크기가 이처럼 어마어마함에도 불구하고 허블우주망원경이 촬영한 이 사진에서 원반의 상대 크기는 너무나 작아서 보이지도 않는다.

 

허블 WFPC2로 예전에 촬영한 쌍둥이제트성운의 사진은 1997년에 이미 발표된 바 있다. 

(참고 : http://www.spacetelescope.org/images/opo9738a/) 

이 새로운 버전의 사진은 이전 버전의 사진에 최근 관측한 허블우주망원경의 우주망원경화상분광기(Space Telescope Imaging Spectrograp, STIS)의 데이터를 추가한 것이다.

 

Credit:NASA, ESA, Digitized Sky Survey 2

 

사진 2> 이 사진은 쌍둥이제트성운과 그 주변을 촬영한 사진이다.

이 양극성 행성상성운은 4,200광년 거리에 위치하고 있다.

 

출처 : 유럽우주국(ESA) 허블 2015년 8월 26일 발표 뉴스
         http://www.spacetelescope.org/news/heic1518/

 

참고 : PN M2-9를 비롯한 각종 성운에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346974

 

원문>

heic1518 — Photo Release

The wings of the butterfly

New Hubble image of the Twin Jet Nebula

26 August 2015

The shimmering colours visible in this NASA/ESA Hubble Space Telescope image show off the remarkable complexity of the Twin Jet Nebula. The new image highlights the nebula’s shells and its knots of expanding gas in striking detail. Two iridescent lobes of material stretch outwards from a central star system. Within these lobes two huge jets of gas are streaming from the star system at speeds in excess of one million kilometres per hour.

The cosmic butterfly pictured in this NASA/ESA Hubble Space Telescope image goes by many names. It is called the Twin Jet Nebula as well as answering to the slightly less poetic name of PN M2-9.

The M in this name refers to Rudolph Minkowski, a German-American astronomer who discovered the nebula in 1947. The PN, meanwhile, refers to the fact that M2-9 is a planetary nebula. The glowing and expanding shells of gas clearly visible in this image represent the final stages of life for an old star of low to intermediate mass. The star has not only ejected its outer layers, but the exposed remnant core is now illuminating these layers — resulting in a spectacular light show like the one seen here. However, the Twin Jet Nebula is not just any planetary nebula, it is a bipolar nebula.

Ordinary planetary nebulae have one star at their centre, bipolar nebulae have two, in a binary star system. Astronomers have found that the two stars in this pair each have around the same mass as the Sun, ranging from 0.6 to 1.0 solar masses for the smaller star, and from 1.0 to 1.4 solar masses for its larger companion. The larger star is approaching the end of its days and has already ejected its outer layers of gas into space, whereas its partner is further evolved, and is a small white dwarf.

The characteristic shape of the wings of the Twin Jet Nebula is most likely caused by the motion of the two central stars around each other. It is believed that a white dwarf orbits its partner star and thus the ejected gas from the dying star is pulled into two lobes rather than expanding as a uniform sphere. However, astronomers are still debating whether all bipolar nebulae are created by binary stars. Meanwhile the nebula’s wings are still growing and, by measuring their expansion, astronomers have calculated that the nebula was created only 1200 years ago.

Within the wings, starting from the star system and extending horizontally outwards like veins are two faint blue patches. Although these may seem subtle in comparison to the nebula’s rainbow colours, these are actually violent twin jets streaming out into space, at speeds in excess of one million kilometres per hour. This is a phenomenon that is another consequence of the binary system at the heart of the nebula. These jets slowly change their orientation, precessing across the lobes as they are pulled by the wayward gravity of the binary system.

The two stars at the heart of the nebula circle one another roughly every 100 years. This rotation not only creates the wings of the butterfly and the two jets, it also allows the white dwarf to strip gas from its larger companion, which then forms a large disc of material around the stars, extending out as far as 15 times the orbit of Pluto! Even though this disc is of incredible size, it is much too small to be seen on the image taken by Hubble.

An earlier image of the Twin Jet Nebula using data gathered by Hubble’s Wide Field Planetary Camera 2 was released in 1997. This newer version incorporates more recent observations from the telescope’s Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS).

A version of this image was entered into the Hubble’s Hidden Treasures image processing competition, submitted by contestant Judy Schmidt.

Notes

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.

More information

Image credit: ESA/Hubble & NASA

Acknowledgement: Judy Schmidt

Links

• Images of Hubble
• PN M2-9 image from 1997
• Judy Schmidt’s image on Flickr

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Mathias Jäger
ESA/Hubble, Public Information Officer
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