오리온자리 델타별 (Delta Orionis) : 보이는 것 이상을 보다

Credit  X-ray: NASA/CXC/GSFC/M.Corcoran et al.; Optical: Eckhard Slawik

 

• 오리온 벨트를 구성하는 별 중 가장 서쪽에 있는 오리온 자리 델타별은 다중성계이다. 
• 이 중 두 개의 가장 무거운 별은 서로를 5.7일 간격으로 상호 공전하고 있다. 
• 찬드라 우주빛통을 이용하여 6일동안 관측을 진행한 결과 이 별들에 대한 새로운 사실이 발견되었다. 
• 무거운 별은 상대적으로 드물게 존재하지만 자신을 품고 있는 은하의 진화에 있어서는 매우 중요한 역할을 수행한다. 

 

밤하늘에서 가장 많이 알려진 별자리는 바로 오리온자리이다.
오리온자리에서도 가장 유명한 구조가 바로 세 개의 밝은 별로 구성된 오리온의 허리띠인데 이 각각의 별은 맨눈으로도 볼 수 있다.
이 오리온 벨트에서 가장 서쪽에 자리잡고 있는 별은 공식적으로는 오리온자리 델타별(Delta Orionis)로 알려져 있다.
(이 별은 오랫동안 세계 각지에서 관측되어 왔기 때문에 문화권에 따른 다양한 이름을 가지고 있다.
 이 별의 이름 '민타카(Mintaka)' 역시 이 다양한 이름들 중 하나이다. )

 

현대 천문학은 이 별이 단순히 하나의 별이 아니라 여러 개의 별들이 복잡하게 존재하는 것임을 알려 주었다.

 

 

Johannes Hevelius' Orion from Uranographia (1690)

 

                                       

오리온자리 델타별은 총 5개의 별이 오리온자리 델타A(Delta Ori A), 오리온자리 델타B(Delta Ori B), 오리온자리 델타C(Delta Ori C)라는 3개의 무리로 구분되는 작은 별무리이다.
 
오리온자리 델타B와 델타C는 각가 하나의 별로 구성되어 있으며 소량의 X선을 뿜어내는 것으로 보인다.
그러나 오리온자리 델타A는 강력한 X선을 뿜어내고 있으며 그 자체가 아래 상상화에 묘사되어 있듯이 세 개의 별로 구성되어 있다.

 

오리온자리 델타A는 두 개의 별이 서로 바짝 붙어 5.7일을 주기로 서로 공전하고 있는 반면 나머지 하나의 별은 이 한 쌍의 별을 400년 주기로 돌고 있다.

바짝 붙어 도는 별 중 더 무거운 별의 질량은 태양 질량의 25 배이며 이보다 가벼운 별의 질량은 태양 질량의 10 배이다.
 

 

Credit: NASA/CXC/M.Weiss

 

 

이 한쌍의 별은 지구에서 봤을 때 별 하나가 다른 별의 전면을 지나는 공전궤도를 가지고 있다.

 

"식쌍성(eclipsing binary)"이라고 알려져 있는 이러한 특별한 유형의 다중성계는 천문학자들에게 별의 크기와 질량을 측정할 수 있는 직접적인 방법을 제공해준다.
 
상대적으로 드물게 존재하는 무거운 별들은 자신이 속한 은하에 근본적인 영향을 끼친다.
이 거대한 별들은 너무나 밝아서 별을 구성하는 물질을 강력한 폭풍으로 분출해내며 자신이 속한 은하 가스의 화학적, 물리적 속성에 영향을 미친다.

 

이 별폭풍은 또한 별 자체의 운명도 결정하게 되는데 이 별들은 큰빛새별로 폭발한 이후 중성자별 또는 블랙홀이 남게 된다.

 

찬드라 X선 빛통을 이용하여 오리온자리 델타Aa라는 이름을 가지고 있는 이 식쌍성계를 관측함으로써, 연구팀은 이 무거운 별들과 이들이 쏟아내는 폭풍이 별 자신의 진화에서 수행하는 역할과 주변에 끼치는 영향이 어떠한지를 밝혀낼 수 있었다.

 

첫번째 자신에서 찬드라 우주빛통이 촬영한 사진이 지상에 위치한 빛통에 의해 촬영된 오리온 자리의 가시광선 사진의 우측 상단 네모에 자리잡고 있다.

 

오리온자리 델타Aa 별은 식 현상을 보이는 짝별계로는 가장 가까운 위치에 있는 무거운 질량의 별이기 때문에, 가시광 관측을 통해 유추된 별의 속성과 X선 관측을 통해 그 존재가 드러난 별폭풍의 속성 간의 연관성을 이해하고 해석해내는 핵심적인 관측 대상으로 사용될 수 있다.

 

오리온자리 델타Aa의 질량이 적은 짝별은 매우 미약한 폭풍과 희미한 X선을 방출하고 있다.

 

과학자들은 찬드라 X선 빛통을 이용하여 이 짝별이 보다 질량이 무거운 별의 폭풍에 대해 이런저런 지점을 막아서는 모습을 관측하고 있다.
이를 통해 과학자들은 이 별의 주위에서 X선을 뿜어내는 가스에 무슨 일이 있는 것인지를 보다 제대로 관측할 수 있으며
별폭풍 내에서 X선을 복사해내는 가스가 어디에서 생성되는지에 대해 오랫동안 제기되어 온 질문에 대한 답을 찾는데 도움을 받을 수 있게 되었다.

 

이 데이터는 대부분의 X선 복사가 무거운 별로부터 쏟아져나오는 폭풍 속에서 발생한다는 것을 알려주었으며 폭풍 속에 파묻힌, 빠르게 움직이는 가스 다발간의 충돌로부터 발생하는 것으로 보인다는 점을 말해주고 있다.

 

과학자들은 또한 X선 복사를 방출하는 특정 원소가 오리온자리 델타 Aa별의 짝별 간의 상호공전에 따라 달라진다는 것을 알아냈다.
이는 두 별로부터 뿜어져나온 폭풍간의 충돌, 또는 보다 무거운 별의 폭풍이 두 번째 별의 표면에 충돌하면서 발생하는 현상일 것으로 추측되고 있다.

 

이러한 상호작용은 보다 밝은 별로부터 뿜어져나오는 폭풍을 번갈아가며 차단하고 있다.

 

캐나다 우주국의 MOST(Microvariability and Oscillation of Stars Telescope)가 획득한 데이터는 상호공전하는 이 짝별들 간에 발생하는 중력조석작용에 의해 더 무거운 별이 나타내는 진동양상을 드러내주었다.

 

가시광선에서 나타나는 밝기의 변화에 더해서 가시광선 및 자외선 분광 데이터에 대한 세밀한 분석을 통해 두 개 별의 각종 변수를 정밀하게 가다듬을 수 있었다.

 

과학자들은 또한 예전 관측을 통해 제기된, 시간에 따른 별의 진화정도 모델 및 이 별들에서 관측된 변수 간의 불일치문제를 해결할 수 있었다.

 

이번 연구 결과는 총 4개의 분야별 논문으로 발표되었으며 최근 아스트로피지컬 저널에 개재되었다.
각 논문의 주 저자는 다음과 같다.
마이클 코코란(Michael Corcoran, NASA 고다드 우주비행센터 및 우주 연구를 위한 대학 연합),

조이 니콜라스(Joy Nichols, 하바드-스미스소니언 천체물리학 센터),

허버트 파블로(Herbert Pablo, 몬티리올 대학),

톰 셰너(Tomer Shena, 포츠담 대학)
 

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 11월 12일
         http://chandra.harvard.edu/photo/2015/dori/

 

참고 : 오리온자리 델타별을 비롯한 각종 별에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

원문>

• Delta Orionis is a complex star system and constitutes the westernmost star in the "belt" of the Orion constellation.

 

• Two of the stars are massive and orbit one another once every 5.7 days.

 

• By observing this system for the equivalent of nearly six days with Chandra, new information about these stars was obtained.

 

• Massive stars are relatively rare, but are very important to the evolution of their host galaxies.

 

One of the most recognizable constellations in the sky is Orion, the Hunter. Among Orion's best-known features is the "belt," consisting of three bright stars in a line, each of which can be seen without a telescope.

The westernmost star in Orion's belt is known officially as Delta Orionis. (Since it has been observed for centuries by sky-watchers around the world, it also goes by many other names in various cultures, like "Mintaka".) Modern astronomers know that Delta Orionis is not simply one single star, but rather it is a complex multiple star system.

Delta Orionis is a small stellar group with three components and five stars in total: Delta Ori A, Delta Ori B, and Delta Ori C. Both Delta Ori B and Delta Ori C are single stars and may give off small amounts of X-rays. Delta Ori A, on the other hand, has been detected as a strong X-ray source and is itself a triple star system as shown in the artist's illustration (below).

In Delta Ori A, two closely separated stars orbit around each other every 5.7 days, while a third star orbits this pair with a period of over 400 years. The more massive, or primary, star in the closely-separated stellar pair weighs about 25 times the mass of the Sun, whereas the less massive, or secondary star, weighs about ten times the mass of the Sun.

 

The chance alignment of this pair of stars allows one star to pass in front of the other during every orbit from the vantage point of Earth. This special class of star system is known as an "eclipsing binary," and it gives astronomers a direct way to measure the mass and size of the stars.

Massive stars, although relatively rare, can have profound impacts on the galaxies they inhabit. These giant stars are so bright that their radiation blows powerful winds of stellar material away, affecting the chemical and physical properties of the gas in their host galaxies. These stellar winds also help determine the fate of the stars themselves, which will eventually explode as supernovas and leave behind a neutron star or black hole.

By observing this eclipsing binary component of Delta Orionis A (dubbed Delta Ori Aa) with NASA's Chandra X-ray Observatory for the equivalent of nearly six days, a team of researchers gleaned important information about massive stars and how their winds play a role in their evolution and affect their surroundings. The Chandra image is seen in the inset box in context with an optical view of the Orion constellation obtained from a ground-based telescope.

Since Delta Ori Aa is the nearest massive eclipsing binary, it can be used as a decoder key for understanding the relation between the stellar properties derived from optical observations, and the properties of the wind, which are revealed by X-ray emission.

The lower-mass companion star in Delta Ori Aa has a very weak wind and is very faint in X-rays. Astronomers can use Chandra to watch as the companion star blocks out various parts of the wind of the more massive star. This allows scientists to better see what happens to the X-ray emitting gas surrounding the primary star, helping to answer the long-standing question of where in the stellar wind the X-ray emitting gas is formed. The data show that most of the X-ray emission comes from the wind of the giant star, and is likely produced by shocks resulting from collisions between rapidly-moving clumps of gas embedded within the wind.

The researchers also found that the X-ray emission from certain atoms in the wind of Delta Ori Aa changes as the stars in the binary move around. This may be caused by collisions between winds from the two stars, or from a collision of the wind from the primary star with the surface of the secondary star. This interaction, in turn, obstructs some of the wind from the brighter star.

Parallel optical data from the Canadian Space Agency's Microvariability and Oscillation of Stars Telescope (MOST) revealed evidence for oscillations of the primary star produced by tidal interactions between the primary and companion star as the stars travel in their orbits. Measurements of the changes of brightness in optical light plus detailed analysis of optical and ultraviolet spectra were used to refine the parameters of the two stars. The researchers were also able to resolve some previously claimed inconsistencies between the stellar parameters and models of how the stars are expected to evolve with time.

These results were published in four coordinated papers that were recently published in The Astrophysical Journal led by Michael Corcoran (NASA's Goddard Space Flight Center & Universities Space Research Association), Joy Nichols (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Herbert Pablo (University of Montreal), and Tomer Shenar (University of Potsdam). 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 Delta Orionis:
Credit	X-ray: NASA/CXC/GSFC/M.Corcoran et al.; Optical: Eckhard Slawik
Release Date	November 12, 2015
Scale	Main image is 21 x 25 degrees (462 x 540 light years); X-ray inset image is 44 arcsec across (0.25 light years)
Category	Normal Stars & Star Clusters
Coordinates (J2000)	RA 05h 32m 00.40s | Dec -00° 17' 56.70"
Constellation	Orion
Observation Date	4 pointings between 19 and 27 Dec 2012
Observation Time	138 hours 63 min. (5 days 18 hours 63 min)
Obs. ID	14567-14570
Instrument	ACIS/HETG
References	Corcoran, M et al, 2015, ApJ, 809, 132; arXiv:1507.05101 Nichols, J et al, 2015, ApJ, 809, 133, arXiv:1507.04972 Pablo, H et al, 2015, ApJ, 809, 134, arXiv:1504.08002 Shenar, T et al, 2015, ApJ, 809, 135, arXiv:1503.03476
Color Code	X-ray: Pink; Optical: Red, Green, Blue

Distance Estimate

About 1,240 light years