바다뱀자리 V별 : 별로부터 발사되는 대포알을 포착하다.

Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

 

그림 1> 이 네 장의 삽화는 이중별 바다뱀자리 V별계에서 어떻게 플라즈마 덩어리가 우주공간으로 뿜어져나오는지를 보여주고 있다.
1번 삽화는 서로에 대해 공전하는 두 개 별의 공전궤도를 보여주고 있다.
삶의 마지막 단계에 다가가고 있는 별 하나는 크기가 늘어나며 적색거성이 되고 있다.
2번 삽화는 짝꿍별의 공전궤도가 이 적색거성의 팽창된 대기 속을 통과하는 양상을 보여주고 있다.
이 별이 대기를 통과할 때 적색거성의 물질을 집어삼키게 되는데 이 물질들이 짝꿍별 주위에 강착원반을 형성하게 된다.

이렇게 쌓아올려진 물질들이 분출 한계에 도달하게 되고 결국 뜨거운 플라즈마 거품으로 별의 회전축을 따라 뿜어져 나가게 된다.
이 장면이 세번째 삽화에 묘사되어 있다.
네 번째 삽화는 8년마다 반복되는 이러한 분출 작용을 묘사하고 있다.
이 시간은 짝꿍별의 공전주기일 것으로 추정되며 짝꿍별은 부풀어오르는 적색거성의 또다른 지점을 통과하게 된다.
 
거대한 포탄이 발사되고 있다!
허블우주망원경이 죽어가는 별 근처에서 뿜어져나오는 화성 질량의 두 배 정도 되는 초고온의 가스 거품들을 포착했다.

 

이 플라즈마 대포알들은 지구와 달 사이를 고작 30분만에 주파할 수 있을만큼 빠른 속도로 뿜어져나오고 있다.
천문학자들은 이 별의 '대포알'이 최소한 지난 400년 동안 8.5년마다 한번씩 뿜어져나오고 있는 것으로 추정하였다.
 
이렇게 뿜어져나오는 물질들이 바다뱀자리 V별(V Hydrae)이라는 이름의 적색거성으로부터 발사되어 나올 수 있는 것은 아니기 때문에 이 대포알들의 존재는 천문학자들에게 수수께끼가 되고 있다.

 

1,200 광년 거리에 자리잡고 있는 이 부풀어오른 적색거성은 죽음을 향해가는 괴로운 여정동안 최소한 자신을 구성하고 있던 질량의 반을 우주공간으로 쏟아낸 것으로 추정되고 있다.
적색거성이란 삶의 막바지 단계에 이른 죽어가는 별의 단계로서 별로서 빛을 뿜어내게 만드는 핵연료가 고갈단계에 이른 별이다.
이 단계의 별은 크기의 팽창과 함께 자신을 표피를 우주공간으로 쏟아내게 된다.
 
현재 이 대포알들에 대한 최상의 설명은 이 플라즈마 대포알들이 우리 눈에는 보이지 않는 짝꿍별로부터 뿜어져나오는 것으로 추정하고 있다.
이 가설에 따르면 이 짝궁별은 타원형 궤도를 돌고 있으며 타원궤도 상에서 적색거성에 가까이 다가가게 되는 매 8.5년마다 적색거성의 대기를 퍼내고 있는 것이라고 한다.

 

이 짝꿍별은 부풀어오른 별의 외곽 대기에 진입하여 물질들을 빨아올리게 된다.
이렇게 빨려나간 물질들이 이 짝꿍별의 주위에 원반을 형성하게 되고 이 원반이 시속 80만 킬로미터의 속도로 발사되는 플라즈마 거품들의 발사대처럼 작용한다는 것이다.
 
과학자들은 이 이중별계가 행성상성운이라 불리는, 죽어가는 별 주변에서 지금까지 허블우주망원경에 의해 발견되어온 이 천체의 엄청난 다양성을 설명할 수 있는 원형이 될것이라고 말하고 있다.
 
행성상성운이란 삶의 후반기에 다다른 별이 쏟아낸 불타오르는 가스껍질의 팽창에 의해 만들어지는 천체이다.
 

이번 논문의 주저자인 NASA 제트추진연구소 라그벤드라 사하이(Raghvendra Sahai)의 설명은 다음과 같다.
“우리는 이미 별이 빠른 속도로 물질들을 뿜어내고 있다는 것을 알고 있었습니다.
그러나 이 과정을 실제로 목격하기는 이번이 처음입니다.
우리는 이번 논문에서 별이 생의 막바지에 다다르는 동안 이 가스상 거품들을 만들어냈다는 점을 제안하고 있습니다.

이렇게 뿜어져나온 거품들은 행성상성운에서 볼 수 있는 구조들을 만드는데 도움이 되는 것들이죠."
 
지난 20년동안의 허블관측은 행성상성운의 구조가 엄청난 복잡성과 다양성을 가지고 있음을 보여주었다.

 

허블우주망원경의 고해상도 관측 능력은 죽어가는 별 주위를 감싸고 있는 불타오르는 가스 구름들 속에서 물질들이 뭉쳐 만들어진 작은 점도 포착해낼 수 있을 정도이다.
 
천문학자들은 이 점들이 허블우주망원경이 촬영한 사진에서는 그 존재가 드러나지 않는 짝꿍별 주변을 감싸고 있는 물질원반에서 뿜어져나온 제트일 것으로 추정하고 있다.

미리내의 대부분의 별들은 이중별계를 구성하고 있다.

 

그러나 어떻게 이러한 제트가 만들어지는지에 대한 보다 상세한 내용은 여전히 미스터리로 남아있다.
 
사하이의 설명은 다음과 같다.
“우리는 부풀어오른 적색거성으로부터 아름다운 행성상성운으로 변해가는 놀라운 과정을 알고 싶습니다.

이러한 드라마틱한 변화에는 약 200년에서 1000년의 시간이 걸리죠.

하지만 이러한 시간은 우주적 시간척도에서는 정말 눈 깜짝할 사이에 해당하는 시간입니다.“
 
사하이의 연구팀은 허블우주망원경의 화상화분광기(Imaging Spectrograph, STIS)를 이용하여, 11년 이상의 간격으로 바다뱀자리 V별과 그 주변지역에 대한 관측을 진행했다.
첫 번째 관측은 2002년에서 2004년 사이에 진행되었으며 그 다음 관측은 2011년에서 2013년 사이에 진행하였다.
 
분광기를 이용하여 이 별로부터 발생하는 빛을 분석함으로서, 이 별의 속도와 온도, 위치와 움직임을 밝힐 수 있었다.
이 분석데이터는 초고온의 괴물과 같은 거품이 연달아 있는 것을 보여주었다.
각각의 거품의 온도는 무려 9,426도 이상이었는데 이는 태양 표면 온도의 거의 두 배에 달하는 온도이다.
 
과학자들은 이 거품의 위치를 세세한 지도로 작성하였으며 이를 통해 1986년의 첫 번째 거대한 거품 덩어리가까지 쫓아갈 수 있었다.
 
사하이의 설명은 다음과 같다.
“이번 관측 결과는 이 거품들이 지속적으로 움직이고 있음을 보여주고 있습니다.
우주망원경과학연구소(STIS)의 데이터는 별로부터 이제 막 뿜어져 나오는 거품들을 보여주고 있죠.
이 거품들은 별로부터 조금만 떨어져 있는 것도 있고, 훨씬 더 멀리 떨어져 있는 것들도 있습니다. “
 
STIS는 바다뱀자리 V별로부터 592억 킬로미터 떨어져 있는 거대한 구조를 포착하였는데 이 거리는 태양으로부터 태양계의 끄트머리에 자리잡은 카이퍼벨트까지의 거리보다 8배나 더 먼 거리이다.
 
이 거품들은 별로부터 점점 멀리까지 갈수록 몸집은 팽창하고 온도는 낮아지기 때문에 더 이상 가시광선대역에서 포착할 수 없게 된다.

과학자들은 그러나 2004년 하와이의 서브밀리미터 배열망원경을 통해 좀더 긴 파장인 서브밀리미터 파장에서 관측을 진행해 본 결과 보풀이 인 점과 같은 구조를 발견했으며 이 구조는 400년 전에 뿜어져나온 거품일 가능성이 있다고 말했다.
 
이러한 관측을 근거로 사하이와 그의 동료인 캘리포니아 대학의 마크 모리스( Mark Morris) 및 뉴욕 대학의 사만타 시벨리(Samantha Scibelli)는  이러한 분출 과정을 설명하는 모델로서 짝꿍별의 강착 원반이라는 모델을 발전시켰다.
 
 
사하이의 설명은 다음과 같다.
“이 모델은 가장 설득력 있는 설명을 제시하고 있습니다.
왜냐하면 우리는 이미 강착원반이 제트를 만들어내는 원동력이라는 것을 알고 있기 때문입니다.
그러나 적색거성은 일반적으로 강착원반을 거느리지 않습니다.

하지만 상당히 많은 적색거성들이 짝꿍별을 거느리는 경향이 있죠.
이 짝꿍별들의 질량은 짐작컨대 비교적 적을 것입니다.
왜냐하면 이들은 좀더 천천히 진화해나가기 때문이죠.
이번에 우리가 제안한 모델은 양극성행성상성운의 존재를 설명하는데 도움이 될 수 있습니다.
양극성 행성상성운에는 수많은 제트 모양의 점들이 존재하고 심지어는 다극성 행성상성운에도 이와 같은 제트의 점들이 존재하죠.
우리는 이 모델이 매우 광범위한 적용능력을 가지고 있다고 생각합니다.“
 
 
STIS의 관측데이터에서 놀라운 것은 이 원반이 매 8.5년마다 정확히 동일한 방향으로만 이 거대한 물질덩어리를 밀어내지는 않는다는 점이었다.
퍼덕퍼덕 뿜어져나오는 이 거품은 약간식 측면에서 앞뒤로 이동하고 있었는데 이는 강착원반의 비틀거리고 있기 때문일 가능성이 있다.
 
사하이의 소감은 다음과 같다.
“이번 발견은 정말 놀랍습니다만 또 한편으로는 매우 유쾌한 일이기도 합니다.
왜냐하면 이 현상은 다른 이들에 의해 관측된 이 별의 또다른 수수께끼들도 설명해 줄 수 있기 때문입니다.“
 
천문학자들은 매 17년마다 모종의 물체가 바다뱀자리 V별의 불빛을 막아버리는 듯한 현상에 주목해왔다.
 
사하이와 그의 동료들은 제트의 방향이 앞뒤로 흔들리는 현상으로 인해서 여기서 뿜어져나오는 거품들이 바다뱀자리 V 별의 뒤쪽으로 가거나 앞쪽을 질러갈 수 있다고 말했다.
이 거품이 바다뱀자리 V별의 앞쪽을 지나갈 때 이 적색거성이 시야에서 가려지는 현상이 발생한다는 것이다.
 
사하이의 설명은 다음과 같다.
“이 강착원반엔진은 매우 안정된 상태입니다.
지난 수백년 동안 전혀 찢어지지 않고 물질들을 계속 분출해왔기 때문에 충분히 그렇게 추정해 볼 수 있죠.
이와 같은 이중별계의 많은 천체들은 인력으로 인해 짝꿍별이 적색거성의 중심부를 향해 나선형으로 추락하게 됩니다.
바다뱀자리 V별의 짝꿍별도 상호간의 마찰작용으로 인해 동력을 잃어갈 것이기 때문에 결국 점점 추락하게 될 것입니다.
그러나 이 짝꿍별의 운명이 결국 어떻게 될지는 정확히 알 수 없죠.“
 
연구팀은 허블우주망원경을 이용하여 가장 최근인 2011년에 분출된 거품을 포함하여 바다뱀자리 V별계에 대한 추가 관측을 희망하고 있다.

천문학자들은 또한 칠레에 있는 ALMA를 이용하여 수백년 전에 분출되어 허블우주망원경으로 관측하기에는 너무나 식어버린 거품들을 연구할 계획을 세우고 있다.
이번 연구팀의 논문은 2016년 8월 20일 천체물리학 저널에 개재되었다.
 

출처 : 허블사이트 2016년 10월 13일 발표 뉴스
         http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2016/39/
        
참고 : 바다뱀자리 V별을 비롯한 다양한 별들에 대한 포스팅은 아래 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.  
          https://big-crunch.tistory.com/12346972

원문>

News Release Number: STScI-2016-39

Hubble Reveals Observable Universe Contains 10 Times More Galaxies Than Previously Thought

The universe suddenly looks a lot more crowded, thanks to a deep-sky census assembled from surveys taken by NASA's Hubble Space Telescope and other observatories.

Astronomers came to the surprising conclusion that there are at least 10 times more galaxies in the observable universe than previously thought. 

The results have clear implications for galaxy formation, and also helps shed light on an ancient astronomical paradox — why is the sky dark at night?

In analyzing the data, a team led by Christopher Conselice of the University of Nottingham, U.K., found that 10 times as many galaxies were packed into a given volume of space in the early universe than found today. Most of these galaxies were relatively small and faint, with masses similar to those of the satellite galaxies surrounding the Milky Way. As they merged to form larger galaxies the population density of galaxies in space dwindled. This means that galaxies are not evenly distributed throughout the universe's history, the research team reports in a paper to be published in The Astrophysical Journal.

"These results are powerful evidence that a significant galaxy evolution has taken place throughout the universe's history, which dramatically reduced the number of galaxies through mergers between them — thus reducing their total number. This gives us a verification of the so-called top-down formation of structure in the universe," explained Conselice.

One of the most fundamental questions in astronomy is that of just how many galaxies the universe contains. The landmark Hubble Deep Field, taken in the mid-1990s, gave the first real insight into the universe's galaxy population. Subsequent sensitive observations such as Hubble's Ultra Deep Field revealed a myriad of faint galaxies. This led to an estimate that the observable universe contained about 200 billion galaxies. The new research shows that this estimate is at least 10 times too low.

Conselice and his team reached this conclusion using deep-space images from Hubble and the already published data from other teams. They painstakingly converted the images into 3-D, in order to make accurate measurements of the number of galaxies at different epochs in the universe's history. In addition, they used new mathematical models, which allowed them to infer the existence of galaxies that the current generation of telescopes cannot observe. This led to the surprising conclusion that in order for the numbers of galaxies we now see and their masses to add up, there must be a further 90 percent of galaxies in the observable universe that are too faint and too far away to be seen with present-day telescopes. These myriad small faint galaxies from the early universe merged over time into the larger galaxies we can now observe.

"It boggles the mind that over 90 percent of the galaxies in the universe have yet to be studied. Who knows what interesting properties we will find when we discover these galaxies with future generations of telescopes? In the near future, the James Webb Space Telescope will be able to study these ultra-faint galaxies," said Conselice.

The decreasing number of galaxies as time progresses also contributes to the solution for Olbers' paradox (first formulated in the early 1800s by German astronomer Heinrich Wilhelm Olbers): Why is the sky dark at night if the universe contains an infinity of stars? The team came to the conclusion that indeed there actually is such an abundance of galaxies that, in principle, every patch in the sky contains part of a galaxy. However, starlight from the galaxies is invisible to the human eye and most modern telescopes due to the other known factors that reduce visible and ultraviolet light in the universe. Those factors are the reddening of light due to the expansion of space, the universe's dynamic nature, and the absorption of light by intergalactic dust and gas. All combined, this keeps the night sky dark to our vision.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency. NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C.

 

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