2015. 11. 27. 21:39ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
사진 1>
VLT에 장착된 SPHERE를 이용한 관측을 통해 큰개자리 VY 별(VY Canis Majoris)의 밝은 빛이 어떻게 주위를 둘러싸고 있는 물질구름에 영향을 미치고 있는지를 명백히 알 수 있게 되었으며 이 먼지를 구성하고 있는 먼지 알갱이들의 속성에 대해서도 이전 관측보다 훨씬 상세하게 알 수 있게 되었다.
SPHERE의 관측데이터를 확대한 이 사진에서 큰개자리 VY별은 차폐 원반 뒤에 가려져 있다.
사진에 보이는 십자선은 SPHERE의 구조에 의해 인위적으로 만들어진 현상이다.
천문학자들로 구성된 연구팀이 ESO의 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)을 이용하여 극대거성인 큰개자리 VY 별을 가장 상세한 사진으로 촬영해냈다.
이번 관측은 별 주위를 둘러싸고 있는 예상 밖의 거대한 크기를 가진 먼지 입자들을 발견함으로써 별이 죽어가기 시작하면서 어떻게 어마어마한 질량을 잃어가는지를 알려주고 있다.
이제서야 처음으로 이해되기 시작한 이 과정은 이처럼 거대한 별들이 초신성으로서 파국적인 최후를 맞는데 있어 반드시 필요한 준비 과정임을 알게되었다.
큰개자리 VY 별은 미리내에서 가장 거대한 크기를 자랑하는 별들 중 하나로서 별의 골리앗이라 할 수 있는 적색의 극대거성에 속한다.
이 별의 질량은 태양의 30~40 배이며 밝기는 30만 배 이상이다.
현재 상태라면 이 별의 크기는 목성 공전궤도를 초과하였을 것이며 무시무시한 속도로 팽창하면서 삶의 마지막 단계에 접어들고 있을 것이다.
이번에 이루어진 새로운 관측은 VLT에 장착된 SPHERE 장비를 이용하였다.
이 장비가 채용하고 있는 적응광학 시스템은 이전 적응광학시스템에서 관측된 데이터보다 훨씬 뛰어난 수준으로 관측 데이터를 수집한다.
이렇게 수집된 데이터는 광원에서 가장 가까운 곳에 존재하는 구조들조차도 매우 상세하게 볼 수 있게 해준다.[1]
SPHERE는 큰개자리 VY 별이 뿜어내는 밝은 빛이 주위를 둘러싼 물질들의 구름에 어떻게 영향을 미치는지를 밝혀주었다.
또한 SPHERE의 ZIMPOL 모드를 사용함으로써 연구팀은 별을 둘러싸고 있는 가스와 먼지 구름의 보다 깊숙한 곳을 들여다 볼 수 있었으며 별빛이 어떻게 이 주위 물질들에 산란되고 편광되는지 역시 볼 수 있었다.
이러한 측정치들은 여전히 불분명한 먼지의 속성을 알아내는데 핵심이 되는 정보이다.
편광 결과에 대한 주의깊은 분석 결과는 먼지를 구성하고 있는 알갱이들이 지름 0.5 마이크로미터의 상대적으로 큰 입자로 구성되어 있다는 것을 알려주었다.
물론 이 정도 크기도 매우 작은 크기지만 이는 우주공간에서 일반적으로 발견되는 먼지의 크기에 비하면 무려 50배나 되는 큰 크기이다.
무거운 별들은 팽창의 전 과정을 통해 상당한 양의 물질을 쏟아낸다.
큰개자리 VY별의 경우 매년 지구 질량의 30배에 달하는 물질들을 표면에서 먼지와 가스의 형태로 쏟아낸다.
이렇게 생성된 물질 구름은 별이 폭발하기 전부터 이미 별의 바깥 방향으로 밀려나가며 어느 시점에 먼지들 중 일부는 파괴되기도 하고 나머지는 별사이 우주공간으로 내처지게 된다.
이 물질들은 초신성의 폭발로부터 만들어진 보다 무거운 먼지들과 함께 차세대의 별을 만드는데 사용된다.
하지만 이들 거대한 별의 상층 대기에 존재하는 물질들이 별이 폭발하기 전에 어떻게 우주공간으로 밀려나가게 되는지는 여전히 수수께끼로 남아있다.
그 추동 기재로서 가장 그럴듯한 것은 대체로 별빛을 뿜어내는 원천이기도 한 복사 압력일 것으로 생각되어왔다.
그러나 이 압력은 매우 약하기 때문에, 커다란 먼지 알갱이에 의존하고 있는 이 과정은 눈에 띨만한 효과를 내기 충분할 만큼의 광활한 표면지역에서 발생할 필요가 있다. [2]
이번 논문의 주저자인 대만 천문학 및 천체물리학 중앙연구소의 피터 시클루나(Peter Scicluna) 의 설명은 다음과 같다.
"무거운 별의 수명은 짧습니다.
이 별들은 최후에 다가설수록 엄청난 양의 질량을 우주공간으로 뿜어냅니다.
예전에 우리는 어떻게 이러한 일이 일어나는지에 대해 이론상으로만 추정할 수 있었습니다.
그러나 지금 우리는 SPHERE의 데이터를 통해 이 거대한 별 주위에 있는 먼지 알갱이들이 비교적 큰 크기를 가지고 있다는 것을 알게 되었습니다.
이 알갱이들은 별의 강렬한 복사 압력에 의해 밀쳐지기 충분한 크기를 가지고 있죠.
바로 이것이 빠르게 질량을 잃어가는 현상을 설명해 줄 수 있습니다."
비교적 큰 크기를 가진 알갱이들이 별과 아주 가까운 지점에서 관측되었다는 사실이 말해주는 것은 이 먼지구름이 별로부터 나오는 가시광선을 효과적으로 산란시키고 있으며 별로부터 뿜어져나오는 복사 압력에 의해 밀쳐지고 있음을 의미하는 것이다.
이 먼지 알갱이들의 크기는 또한 먼지들 중 상당수가 큰개자리 VY 별이 초신성으로서 파국적인 결과를 맞을 때 뿜어져나오는 복사로부터도 충분히 살아남을 가능성이 있음을 말해주고 있다.[3]
이렇게 뿜어져나간 먼지들은 주변 공간을 채우게 되고 차세대 별이 생성되는 재료가 되는 한편 이 별들이 행성을 거느리는데도 소용될 수 있을 것이다.
표1> 이 표는 미리내에서 가장 거대한 별 중 하나이 큰개자리 VY 별의 위치를 보여주고 있다.
청명하고 어두운 밤하늘에서라면 표에 있는 대부분의 별들은 모두 맨눈으로 볼 수 있다.
큰개자리 VY 별의 위치는 빨간색 동그라미로 표시되어 있다.
이 별은 작은 망원경으로도 볼 수 있으며 인상적인 붉은 빛을 함께 느낄 수 있다.
사진 2> 이 광대역 사진은 미리내에서 가장 큰 별 중 하나이 큰개자리 VY 별과 그 주변의 모습을 보여주고 있다.
사진 중심에 보이는 별이 큰개자리 VY 별이며 그 주위로 붉게 빛나는 수소 가스도 볼 수 있다.
사진 상단 우측에 밝게 빛나는 큰개자리 타우별 주위로 먼지 구름과 밝은 별무리가 함께 보인다.
이 사진은 DSS2의 일환으로 만들어진 사진이다.
각주
[1] SPHERE/ZIMPOL은 극단의 적응광학(extreme adaptive optics)을 이용하여 회절한계까지 다다른 사진들을 만들어낸다.
이는 만약 대기가 존재하지 않는다면 일반 적응광학을 이용하여 달성가능한 이론적 한계를 뛰어넘어 훨씬 더 한계치에 가까운 수준까지 도달한 것이다.
극단의 적응광학은 또한 밝은 별과 가까이 붙어있는 훨씬 희미한 천체들도 볼 수 있게 해준다.
이번 연구에서 촬영된 사진들 역시 초기의 적응광학 사진들이 촬영되었던 근적외선 대역보다 훨씬 짧은 파장인 가시광선에서 촬영되었다.
바로 이 두가지 요소가 이전의 VLT 사진들보다 화질이 현저하게 개선된 사진을 만들 수 있게 해 주었다.
이보다 훨씬 더 높은 공간 분해능이 VLTI에 의해 달성되기는 했지만 이는 전파간섭계를 이용한 관측으로서 직접적으로 사진을 만들어낸 것은 아니었다.
[2] 먼지 입자는 별빛에 의해 밀쳐질 수 있을만큼 충분히 커야 할 필요가 있다.
만약 그렇지 않다면 먼지입자는 가라앉고 말 것이다.
먼지 입자가 너무 작다면 별빛이 먼지 사이를 그냥 통과해 버릴 것이기 때문이다.
반면 먼지가 너무 크다면 너무나 무거워서 밀어내 버리기가 쉽지 않을 것이다.
연구팀이 큰개자리 VY 별에서 관측한 먼지의 크기는 별빛이 효과적으로 먼지를 밀어내는데 적합한 크기를 가지고 있었다.
[3] 이 폭발은 천문학적 견지에서 보면 바로 코앞에 대두된 상황이다.
이 광경은 지구에서 대단히 인상적인 모습을 연출하게 될 것이다.
그 빛은 아마 달보다도 밝게 빛날 것이지만 지구의 생명체에게 위험이 될만한 수준은 아니다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release 2015년 11월 25일자
http://www.eso.org/public/news/eso1546/
참고 : 큰개자리 VY별을 비롯한 다양한 별들에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346972
원문>
eso1546 — Science Release
Aging Star’s Weight Loss Secret Revealed
Giant star caught in the act of slimming down
25 November 2015
A team of astronomers using ESO’s Very Large Telescope (VLT) has captured the most detailed images ever of the hypergiant star VY Canis Majoris. These observations show how the unexpectedly large size of the particles of dust surrounding the star enable it to lose an enormous amount of mass as it begins to die. This process, understood now for the first time, is necessary to prepare such gigantic stars to meet explosive demises as supernovae.
VY Canis Majoris is a stellar goliath, a red hypergiant, one of the largest known stars in the Milky Way. It is 30–40 times the mass of the Sun and 300 000 times more luminous. In its current state, the star would encompass the orbit of Jupiter, having expanded tremendously as it enters the final stages of its life.
The new observations of the star used the SPHERE instrument on the VLT. The adaptive optics system of this instrument corrects images to a higher degree than earlier adaptive optics systems. This allows features very close to bright sources of light to be seen in great detail [1]. SPHERE clearly revealed how the brilliant light of VY Canis Majoris was lighting up clouds of material surrounding it.
And by using the ZIMPOL mode of SPHERE, the team could not only peer deeper into the heart of this cloud of gas and dust around the star, but they could also see how the starlight was scattered and polarised by the surrounding material. These measurements were key to discovering the elusive properties of the dust.
Careful analysis of the polarisation results revealed these grains of dust to be comparatively large particles, 0.5 micrometres across, which may seem small, but grains of this size are about 50 times larger than the dust normally found in interstellar space.
Throughout their expansion, massive stars shed large amounts of material — every year, VY Canis Majoris sees 30 times the mass of the Earth expelled from its surface in the form of dust and gas. This cloud of material is pushed outwards before the star explodes, at which point some of the dust is destroyed, and the rest cast out into interstellar space. This material is then used, along with the heavier elements created during the supernova explosion, by the next generation of stars, which may make use of the material for planets.
Until now, it had remained mysterious how the material in these giant stars’ upper atmospheres is pushed away into space before the host explodes. The most likely driver has always seemed to be radiation pressure, the force that starlight exerts. As this pressure is very weak, the process relies on large grains of dust, to ensure a broad enough surface area to have an appreciable effect [2].
“Massive stars live short lives,” says lead author of the paper, Peter Scicluna, of the Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics, Taiwan. “When they near their final days, they lose a lot of mass. In the past, we could only theorise about how this happened. But now, with the new SPHERE data, we have found large grains of dust around this hypergiant. These are big enough to be pushed away by the star’s intense radiation pressure, which explains the star’s rapid mass loss.”
The large grains of dust observed so close to the star mean that the cloud can effectively scatter the star’s visible light and be pushed by the radiation pressure from the star. The size of the dust grains also means much of it is likely to survive the radiation produced by VY Canis Majoris’ inevitable dramatic demise as a supernova [3]. This dust then contributes to the surrounding interstellar medium, feeding future generations of stars and encouraging them to form planets.
Notes
[1] SPHERE/ZIMPOL uses extreme adaptive optics to create diffraction-limited images, which come a lot closer than previous adaptive optics instruments to achieving the theoretical limit of the telescope if there were no atmosphere. Extreme adaptive optics also allows much fainter objects to be seen very close to a bright star.
The images in the new study are also taken in visible light — shorter wavelengths than the near-infrared regime, where most earlier adaptive optics imaging was performed. These two factors result in significantly sharper images than earlier VLT images. Even higher spatial resolution has been achieved with the VLTI, but the interferometer does not create images directly.
[2] The dust particles must be large enough to ensure the starlight can push it, but not so large that it simply sinks. Too small and the starlight would effectively pass through the dust; too large and the dust would be too heavy to push. The dust the team observed about VY Canis Majoris was precisely the right size to be most effectively propelled outwards by the starlight.
[3] The explosion will be soon by astronomical standards, but there is no cause for alarm, as this dramatic event is not likely for hundreds of thousands of years. It will be spectacular as seen from Earth — perhaps as bright as the Moon — but not a hazard to life here.
More information
This research was presented in a paper entitled “Large dust grains in the wind of VY Canis Majoris”, by P. Scicluna et al., to appear in the journal Astronomy & Astrophysics.
The team is composed of P. Scicluna (Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics, Taiwan), R. Siebenmorgen (ESO, Garching, Germany), J. Blommaert (Vrije Universiteit, Brussels, Belgium), M. Kasper (ESO, Garching, Germany), N.V. Voshchinnikov (St. Petersburg University, St. Petersburg, Russia), R. Wesson (ESO, Santiago, Chile) and S. Wolf (Kiel University, Kiel, Germany).
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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Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics
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