우주에 남겨진 폭주별의 흔적

Credit NASA/JPL-Caltech/University of Wyoming

 

사진 1> 활모양 충격파 : G106.63
빠르게 움직이는 무거운 별의 이동 경로를 보여주고 있는 것으로 생각되는 활모양 충격파가 NASA 광대역 적외선 탐사위성(Wide-field Infrared Survey Explorer,  WISE)이 촬영한 사진에서 강조되어 있다.
우주의 활모양 충격파는 무거운 별이 공간을 헤치고 나갈 때 앞쪽에 있는 물질들을 밀어내어 그 물질들이 압축되면서 발생하는 것이다.
이것은 빠르게 이동하는 배 앞편으로 물이 더 높이 쌓이는 것과 같은 이치이다.
또한 별로부터 뿜어져나오는 강력한 별폭풍이 이렇게 압축된 물질들과 충돌한다.
그 결과 물질들은 압축되어 열을 받게 되고, 결국 적외선에서 빛을 뿜어내게 된다.
이 사진에서 적외선은 붉은 색으로 표시되어 있다.
초록색은 이 지역의 성긴 먼지다발을 보여주고 있으며 파란색은 별들을 보여주고 있다.
활모양 충격파를 만들어내고 있는 것으로 생각되는 빠르게 움직이는 별이 각 아치 모양 구조의 중심부에 보인다.
이 사진은 실제 두 개의 활모양 충격파와 두 개의 빠르게 움직이는 별을 담고 있다.
두 개 별 모두 태양 질량의 8배에서 30배에 달하는 질량을 가진 무거운 별이다.

 

사진 2> 활모양 충격파 : G054-32   Credit NASA/JPL-Caltech/University of Wyoming

 

 

사진 3>  활모양 충격파 :  G050-35    Credit NASA/JPL-Caltech/University of Wyoming

 

천문학자들이 NASA 스피처 우주망원경과 광대역 적외선 탐사위성(Wide-field Infrared Survey Explorer, 이하 WISE)을 이용하여 미리내에서 가장 빠르게 움직이는 10여 개의 별을 발견해냈다.

 

무거운 별이 우주공간을 가로지르며 빠르게 움직이면 마치 항해하는 배의 전면에 물이 높이 쌓이듯이 별의 전면에도 물질들이 쌓이는 현상을 만들어내게 된다.
활모양 충격파라 부르는 이 드라마틱한 아치 모양의 구조는 천문학자들이 이른바 폭주별(runaway star)이라는 빠르게 움직이는 무거운 별들을 찾아내게 해 준다.

 

플로리다 키시미(Kissimmee)에서 열린 전미천문학회에서 새로운 연구 결과를 발표한 와이오밍 대학의 천문학자 윌리엄 칙(William Chick)의 설명은 다음과 같다.
"어떤 별들은 자신의 짝꿍별이 초신성으로 폭발할 때 튕겨져 나오기도 합니다.
또 어떤 별들은 별들이 많이 몰려 있는 별무리에서 튕겨져 나오기도 하죠.
이 별들은 중력 추진력에 의해 다른 별들에 비해 속도가 올라가게 됩니다."

 

우리 태양의 경우 미리내를 가로질러가는 속도는 중간 정도에 해당한다.
그러나 우리 태양이 전면에 활모양 충격파를 만들고 있는지는 확실하지 않다.

이와 비교하여 아름다운 활모양 충격파를 만들어내고 있는 무거운 별, 땅꾼자리 제타별(Zeta Ophiuchi, Zeta Oph)은 우리 태양보다 훨씬 빠른 속도인 초속 24킬로미터의 속도로 우주를 가로질러가고 있다.

땅꾼자리 제타별이 만들어내는 거대한 활모양 충격파는 다음의 링크에서 확인할 수 있다.

https://big-crunch.tistory.com/12346382

 

우주공간을 가로질러가는 속도와 별의 질량은 활모양 충격파의 크기와 모양을 만드는데 영향을 미친다.
좀더 무거운 별이 더 많은 물질을 빠른 속도의 폭풍과 함께 쏟아놓게 된다.
태양 질량의 20배에 달하는 질량을 가진 땅꾼자리 제타별의 경우 전면의 물질들로 쏟아져 들어가는 초음속 폭풍을 만들어낸다.

 

그 결과 물질들이 쌓이고 여기에서 불꽃이 뿜어져나오게 된다.
또한 아치 모양으로 늘어선 물질들은 뜨거워지면서 적외선에서 빛을 내게 된다.

 

스피처 우주망원경과 WISE가 담아낸 활모양 충격파를 담은 여러 사진에서 적외선은 붉은 색으로 표시되어 있다.

 

칙과 그의 동료들은 기존에 스피처와 WISE가 촬영한 적외선 데이터에서 새로운 활모양 충격파를 찾아냈으며 여기에는 찾아내기 어려울 정도로 훨씬 멀리 떨어져 있는 별들도 포함되어 있다.
이들은 1차 조사에서 희미한 붉은 빛의 아치 모양이 나타나고 있는 사진을 200개 이상 발견하였다.

 

이들은 라라미(Laramie) 근처에 있는 와이오밍 적외선 천문대에서 후속 관측으로 80 개의 후보 천체들을 관측하였으며 활모양 충격파로 의심되는 구조 뒤에서 그 원인이 된 별을 특정해내는데 성공하였다.

 

이들 대부분은 무거운 질량을 가진 별로 판명되었다.
이번 발견은 많은 활모양 충격파가 다른 별들과의 중력다툼 와중에 튕겨져 나와 빠르게 움직이는 폭주별에 의해 만들어진다는 것을 말해주고 있다.

 

그러나 이따금 이 아치 구조가 다른 원인에 의해서도 만들어질 수 있음도 밝혀졌다.
다른 원인으로는 별로부터 쏟아져 나오는 먼지 또는 새로운 별을 만들어낸 구름과 같은 것들이 있다.

 

연구팀은 활모양 충격파의 존재를 확정하기 위한 추가 연구를 계획하고 있다.

 

와이오밍 대학의 천문학자 헨리 칩 코불니키(Henry "Chip" Kobulnicky)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 활모양 충격파를 이용하여 무거운 별, 또는 폭주별을 찾고 있습니다.
활모양 충격파는 무거운 별을 연구하는데 있어, 그리고 이들의 진화와 최후에 대한 답을 찾는데 있어 새로운 연구실을 제공해주고 있습니다."
 
아르헨티아 전파천문연구소의 신시아 페리(Cintia Peri)가 이끄는 또다른 연구팀도 스피처 우주망원경과 WISE를 이용하여 우주 공간에서 새로운 활모양 충격파를 찾고 있다.
이들은 아치를 찾는 대신 빠르게 움직이는 별들을 찾는 것을 먼저 시작하였다.
그리고 나서 그 주변에 활모양 충격파가 있는지를 조사하였다.

 

페리의 소감은 다음과 같다.
"WISE와 스피처 우주망원경은 지금까지 활모양 충격파에 대한 최상의 사진들을 제공해 왔습니다. 
대부분의 경우, 활모양 충격파는 정말 희미하게 보였습니다.
이제는 그 모습을 구분해 낼 수 있게 되었고, 심지어는 세부 구조가 어떠한지도 볼 수 있게 되었습니다."

 

폭주별에서 처음 활모양 충격파를 발견한 것은 1980년대 NASA 제트추진연구소의 데이비드 반 뷰렌(David Van Buren)에 의해서였다.
그는 동료들과 함께 WISE의 전신 탐사기구인 적외선천문위성(the Infrared Astronomical Satellite, IRAS)이 1983년 적외선으로 온하늘을 촬영한 데이터를 이용하여 활모양 충격파를 발견하였다.

 

코불니키와 칙은 캘리포니아 주립 과학기술대학의 맷 포비크(Matt Povich)와 함께 활모양 충격파와 무거운 별을 연구하는 보다 큰 연구 조직에 속해 있다.
이 연구는 국립과학재단의 지원을 받고 있다.

 

스피처 우주망원경 및 WISE와 IRAS가 촬영한 적외선 관측데이터는 캘리포니아 기술연구소, 적외선 데이터 처리 및 분석 센터의 NASA 적외선 과학 데이터 보관소에서 관리되고 있다.

 

 

출처 : NASA Spitzer Space Telescope Recent News  2016년 1월 5일
         http://www.spitzer.caltech.edu/news/1842-feature16-01-Runaway-Stars-Leave-Infrared-Waves-in-Space
        

참고 : 다양한 별에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

 

원문>

Runaway Stars Leave Infrared Waves in Space

Astronomers are finding dozens of the fastest stars in our galaxy with the help of images from NASA's Spitzer Space Telescope and Wide-field Infrared Survey Explorer, or WISE.

When some speedy, massive stars plow through space, they can cause material to stack up in front of them in the same way that water piles up ahead of a ship. Called bow shocks, these dramatic, arc-shaped features in space are leading researchers to uncover massive, so-called runaway stars.

"Some stars get the boot when their companion star explodes in a supernova, and others can get kicked out of crowded star clusters," said astronomer William Chick from the University of Wyoming in Laramie, who presented his team's new results at the American Astronomical Society meeting in Kissimmee, Florida. "The gravitational boost increases a star's speed relative to other stars."

Our own sun is strolling through our Milky Way galaxy at a moderate pace. It is not clear whether our sun creates a bow shock. By comparison, a massive star with a stunning bow shock, called Zeta Ophiuchi (or Zeta Oph), is traveling around the galaxy faster than our sun, at 54,000 mph (24 kilometers per second) relative to its surroundings. Zeta Oph's giant bow shock can be seen in this image from the WISE mission:

http://www.nasa.gov/mission_pages/WISE/multimedia/gallery/pia13455.html

Both the speed of stars moving through space and their mass contribute to the size and shapes of bow shocks. The more massive a star, the more material it sheds in high-speed winds. Zeta Oph, which is about 20 times as massive as our sun, has supersonic winds that slam into the material in front of it.

The result is a pile-up of material that glows. The arc-shaped material heats up and shines with infrared light. That infrared light is assigned the color red in the many pictures of bow shocks captured by Spitzer and WISE.

Chick and his team turned to archival infrared data from Spitzer and WISE to identify new bow shocks, including more distant ones that are harder to find. Their initial search turned up more than 200 images of fuzzy red arcs. They then used the Wyoming Infrared Observatory, near Laramie, to follow up on 80 of these candidates and identify the sources behind the suspected bow shocks. Most turned out to be massive stars.

The findings suggest that many of the bow shocks are the result of speedy runaways that were given a gravitational kick by other stars. However, in a few cases, the arc-shaped features could turn out to be something else, such as dust from stars and birth clouds of newborn stars. The team plans more observations to confirm the presence of bow shocks.

"We are using the bow shocks to find massive and/or runaway stars," said astronomer Henry "Chip" Kobulnicky, also from the University of Wyoming. "The bow shocks are new laboratories for studying massive stars and answering questions about the fate and evolution of these stars."

Another group of researchers, led by Cintia Peri of the Argentine Institute of Radio Astronomy, is also using Spitzer and WISE data to find new bow shocks in space. only instead of searching for the arcs at the onset, they start by hunting down known speedy stars, and then they scan them for bow shocks.

"WISE and Spitzer have given us the best images of bow shocks so far," said Peri. "In many cases, bow shocks that looked very diffuse before, can now be resolved, and, moreover, we can see some new details of the structures."

Some of the first bow shocks from runaway stars were identified in the 1980s by David Van Buren of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California. He and his colleagues found them using infrared data from the Infrared Astronomical Satellite (IRAS), a predecessor to WISE that scanned the whole infrared sky in 1983.

Kobulnicky and Chick belong to a larger team of researchers and students studying bow shocks and massive stars, including Matt Povich from the California State Polytechnic University, Pomona. The National Science Foundation funds their research.

Images from Spitzer, WISE and IRAS are archived at the NASA Infrared Science Archive housed at the Infrared Processing and Analysis Center at the California Institute of Technology in Pasadena. Caltech manages JPL for NASA.