2015. 11. 12. 23:42ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
그림1> 이 상상화는 SDSS J1228+1040이라는 이름을 가진, 지구 정도 크기의 백색 난쟁이별의 강력한 중력에 의해 소행성이 어떻게 산산히 부서지고 고리를 형성하게 되는지를 보여주고 있다.
이 원반 내의 충돌에 의해 발생한 가스가 ESO의 VLT를 이용한 12년에 걸친 관측에서 포착되었으며 이로서 빛을 뿜어내고 있는 폭 좁은 아치를 발견할 수 있었다.
죽은 별과 이 별에 삼켜지고 있는 소행성 간의 치명적인 상호작용의 결과가 칠레 ESO 파라날 천문대의 VLT를 이용한 국제 천문연구팀에 의해 처음으로 상세하게 밝혀졌다.
이번 연구는 우리 태양계의 머나먼 미래를 엿볼 수 있는 자료를 제공해주고 있다.
영국 워릭대학교 박사과정에 재학중인 크리스토퍼 만서(Christopher Manser)가 이끄는 연구팀은 SDSS J1228+1040 이라는 이름의 백색 난쟁이별과 그 주위에 형성된 소행성 잔해에 대해 VLT 및 다른 천문대에서 관측한 데이터를 활용하여 이번 연구를 진행하였다.[1]
VLT에 장착되어 있는 UVES(자외선 및 가시광선 비례분광기, the Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph)와 X-shooter와 같은 장비들을 이용하여 연구팀은 2003년부터 2015년에 이르는 오랜 기간동안 백색 난쟁이별과 그 주변의 물질들로부터 오는 빛을 세밀하게 관측하였다.
이처럼 오랜 기간의 관측은 다양한 관점에서 관측할 필요가 있었기 때문에 실행된 것이다.[2]
크리스토퍼 만서의 설명은 다음과 같다.
"재처리된 데이터로부터 도출된 사진은 이 시스템이 원반과 같은 모습을 하고 있으며 단 한 장의 관측 자료로는 탐지할 수 없는 수많은 구조들이 있음을 알려 주었습니다."
연구팀은 도플러 단측촬영기법(Doppler tomography)이라는 기술 - 이 기술은 원리상 병원에서 이루어지는 X선 단층 촬영과 유사한 방식이다. - 을 이용하여 SDSS J1228+1040 주위를 돌고 있는 불타오르는 가스상 잔해들의 구조를 상세하게 지도로 그려낼 수 있었다.
태양 질량보다 대략 10 배 이상의 질량을 가진 거대 별들은 초신성 폭발로서 훨씬 파괴적인 종말을 맞음에 반해 이보다 작은 별들은 이러한 드라마틱한 최후를 피하게 된다.
태양과 같은 별은 연료를 모두 소진하여 최후를 맞게 될 때 적색거성으로 팽창하게 되고 이후 자신의 표피층을 우주 공간으로 쏟아내게 된다.
이렇게 표피를 쏟아낸 별의 남겨진 고밀도 핵이 백색 난쟁이별이다.
그런데 이 시스템 내에 있던 행성들이나 소행성들, 또는 다른 천체들은 이러한 불의 심판으로부터 살아남을 수 있을까?
이 사건으로부터 남겨진 것은 무엇일까?
이번 관측은 이러한 질문에 대답을 할 수 있도록 도와주고 있다.
가스상 물질 원반을 두르고 있는 백색 난쟁이별은 대단히 드물어서 지금까지 발견된 것은 7개에 지나지 않는다.
연구팀은 소행성이 경로를 벗어나 위험천만하게도 백색 난쟁이별에 가까이 다가서게 되었고 거대한 중력에 의해 산산히 부서지면서 현재 우리가 보는 물질 원반이 형성된 것으로 결론짓고 있다.
백색 난쟁이별 주위를 돌고 있는 이 원반은 마치 토성과 같이 우리 태양계에서 가장 아름다운 자테를 뽐내는 고리와 유사한 방식으로 만들어진 것이다.
그림 2> 이 그림은 백색 난쟁이별 SDSS J1228+1040 과 그 주위를 둘러싼 원반의 크기를 토성과 비교하여 보여주고 있다.
SDSS J1228+1040의 지름은 토성보다 대략 7배 정도 더 작지만 그 질량은 2,500배나 더 크다.
연구팀은 백색 난쟁이별과 이 원반간의 거리 역시 토성과는 매우 다르다는 것을 알게 되었다.
백색 난쟁이별과 원반까지의 거리는 그 사이에 토성이 쏙 들어갈만큼 떨어져 있다. [3]
VLT를 이용하여 수행된 이번 장기간의 연구는 연구팀으로 하여금 백색 난쟁이별이 수반하고 있는 강력한 중력장의 영향하에 원반이 생성되어 나가는 과정을 볼 수 있게 해 주었다.
이 원반은 아직은 한쪽으로 치우쳐져 있는 상태이며 아직 원형을 갖추지는 못하였다.
이번 논문의 공동 저자인 보리스 갠지케(Boris Gänsicke)의 소감은 다음과 같다.
"2005년에 이 먼지 원반을 두른 백색 난쟁이별을 발견했을 때, 12년간에 걸친 데이터를 기반으로 구축된 현재의 사진과 같은 모습을 상상조차 할 수 없었습니다.
정말 기다린 보람이 있었던 셈이죠."
SDSS J1228+1040과 같은 별의 잔해는 삶의 마지막 단계에 이른 별의 주변 환경을 이해하는데 핵심이 되는 단서를 제공해 준다.
이러한 자료들은 천문학자들로 하여금 외계행성계에 어떤 일이 발생하는지를 이해할 수 있도록 도와줄 것이며 약 70억년 후의 미래에 태양이 맞게 될 대파국의 운명을 예견할 수 있도록 도와줄 것이다.
표 1> 이 표는 SDSS J1228+1040 주위를 둘러싸고 있는 원반에서 그 위치보다는 가스의 이동속도를 보여주고 있는 독특한 표이다.
이 표는 12년에 걸친 VLT의 관측 데이터에 도플러 단층촬영기법을 적용하여 만들어진 것이다.
점선으로 그어진 원은 별로부터 두 개의 다른 거리를 유지하며 돌고 있는 물질들을 보여주는 것이다.
물질들이 공전궤도 상의 가까운 거리에서 더 빠르게 움직이고 있는데 이것은 물질의 안팎이 뒤섞이고 있음을 보여주는 것이다.
각주
[1] 이 백색 난쟁이별의 완전한 등재명은 SDSS J122859.93+104032.9 이다.
[2] 연구팀은 세쌍동이 칼슘(the calcium (Ca II) triplet)이라 불리는 이온화된 칼슘이 나타내는 삼지창 모양의 분광신호를 확실하게 식별해냈다.
이 세 개 분광선에 대해 이론상 계산된 파장과 관측된 파장간의 차이는 상당한 정확성을 가지고 가스의 속도를 측정할 수 있게 해주었다.
[3] 비록 백색 난쟁이별 주위의 원반이 토성의 고리보다 훨씬 거대하지만 이것은 행성이나 갓 태어난 별 주위를 둘러싸고 있는 원반에 비하면 훨씬 미미한 크기이다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release 2015년 11월 11일자
http://www.eso.org/public/news/eso1544/
참고 : SDSS J1228+1040을 비롯한 각종 별들에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346972
원문>
eso1544 — Science Release
The Glowing Halo of a Zombie Star
VLT maps out remains of white dwarf’s meal
11 November 2015
The remains of a fatal interaction between a dead star and its asteroid supper have been studied in detail for the first time by an international team of astronomers using the Very Large Telescope at ESO’s Paranal Observatory in Chile. This gives a glimpse of the far-future fate of the Solar System.
Led by Christopher Manser, a PhD student at the University of Warwick in the United Kingdom, the team used data from ESO’s Very Large Telescope (VLT) and other observatories to study the shattered remains of an asteroid around a stellar remnant — a white dwarf called SDSS J1228+1040 [1].
Using several instruments, including the Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) and X-shooter, both attached to the VLT, the team obtained detailed observations of the light coming from the white dwarf and its surrounding material over an unprecedented period of twelve years between 2003 and 2015. Observations over periods of years were needed to probe the system from multiple viewpoints [2].
“The image we get from the processed data shows us that these systems are truly disc-like, and reveals many structures that we cannot detect in a single snapshot,” explained lead author Christopher Manser.
The team used a technique called Doppler tomography — similar in principle to medical tomographic scans of the human body — which allowed them to map out in detail the structure of the glowing gaseous remains of the dead star’s meal orbiting J1228+1040 for the first time.
While large stars — those more massive than around ten times the mass of the Sun — suffer a spectacularly violent climax as a supernova explosion at the ends of their lives, smaller stars are spared such dramatic fates. When stars like the Sun come to the ends of their lives they exhaust their fuel, expand as red giants and later expel their outer layers into space. The hot and very dense core of the former star — a white dwarf — is all that remains.
But would the planets, asteroids and other bodies in such a system survive this trial by fire? What would be left? The new observations help to answer these questions.
It is rare for white dwarfs to be surrounded by orbiting discs of gaseous material — only seven have ever been found. The team concluded that an asteroid had strayed dangerously close to the dead star and been ripped apart by the immense tidal forces it experienced to form the disc of material that is now visible.
The orbiting disc was formed in similar ways to the photogenic rings seen around planets closer to home, such as Saturn. However, while J1228+1040 is more than seven times smaller in diameter than the ringed planet, it has a mass over 2500 times greater. The team learned that the distance between the white dwarf and its disc is also quite different — Saturn and its rings could comfortably sit in the gap between them [3].
The new long-term study with the VLT has now allowed the team to watch the disc precess under the influence of the very strong gravitational field of the white dwarf. They also find that the disc is somewhat lopsided and has not yet become circular.
“When we discovered this debris disc orbiting the white dwarf back in 2006, we could not have imagined the exquisite details that are now visible in this image, constructed from twelve years of data — it was definitely worth the wait,” added Boris Gänsicke, a co-author of the study.
Remnants such as J1228+1040 can provide key clues to understanding the environments that exist as stars reach the ends of their lives. This can help astronomers to understand the processes that occur in exoplanetary systems and even forecast the fate of the Solar System when the Sun meets its demise in about seven billion years.
Notes
[1] The white dwarf’s full designation is SDSS J122859.93+104032.9.
[2] The team identified the unmistakable trident-like spectral signature from ionised calcium, called the calcium (Ca II) triplet. The difference between the observed and known wavelengths of these three lines can determine the velocity of the gas with considerable precision.
[3] Although the disc around this white dwarf is much bigger than Saturn’s ring system in the Solar System, it is tiny compared to the debris discs that form planets around young stars.
More information
This research was presented in a paper entitled “Doppler-imaging of the planetary debris disc at the white dwarf SDSS J122859.93+104032.9”, by C. Manser et al., to appear in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
The team is composed of Christopher Manser (University of Warwick, UK), Boris Gaensicke (University of Warwick), Tom Marsh (University of Warwick), Dimitri Veras (University of Warwick, UK), Detlev Koester (University of Kiel, Germany), Elmé Breedt (University of Warwick), Anna Pala (University of Warwick), Steven Parsons (Universidad de Valparaiso, Chile) and John Southworth (Keele University, UK).
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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Contacts
Christopher Manser
University of Warwick
United Kingdom
Email: C.Manser@warwick.ac.uk
Boris Gänsicke
University of Warwick
United Kingdom
Tel: +44 (0)2476574741
Email: Boris.Gaensicke@warwick.ac.uk
Tom Frew
International Press Officer, University of Warwick
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