가장 상세하게 촬영된 안타레스의 표면과 대기

 

Credit:ESO/K. Ohnaka

 

사진 1> 천문학자들이 ESO 초거대망원경간섭계(Very Large Telescope Interferometer, 이하 VLTI)를 이용하여 적색거성 안타레스에 대한 인상적인 사진을 만들어냈다.

이 사진은 태양을 제외한 별들을 촬영한 사진으로서는 가장 세밀하게 별의 모습을 보여주는 사진이다.

 

Credit:ESO/M. Kornmesser

 

그림 1> 이 그림은 전갈자리의 적색초거성 안타레스를 그린 상상화이다.

천문학자들이 ESO 초거대망원경간섭계(Very Large Telescope Interferometer, 이하 VLTI)를 이용하여 태양을 제외한 다른 별에 대한 가장 세밀한 사진을 촬영하였으며 동일한 데이터를 이용하여 대기에서 나타나고 있는 물질들의 운동양상을 기록한 최초의 지도를 만들어냈다.

 

천문학자들이 ESO VLTI를 이용하여 태양을 제외한 다른 별에 대한 가장 세밀한 사진을 촬영해 냈다. 

대상이 된 별은 적색거성 안타레스이다.

이번 관측을 통해 태양을 제외한 다른 별의 대기상 물질의 운동에 대한 지도를 처음으로 그려낼 수 있었으며 이 와중에 어마어마하게 팽창된 대기 상에 존재하는 격렬한 가스의 흐름을 파악해 내는 예상밖의 성과도 거두었다. 

이번 연구결과는 네이처지에 발표되었다.

 

맨눈으로 보는 그 유명한 안타레스는 전갈자리의 심장에서 짙은 붉은색으로 빛나는 별이다.

생애의 마지막 단계에 접어든 이 별은 거대한 규모에 상대적으로 낮은 온도를 지닌 적색거성으로서 현재 초신성을 향한 진화를 계속해나가고 있다.[1]

 

이번 연구팀을 이끈 칠레 카톨리카 델 노르테 대학의 케이치 오나카(Keiichi Ohnaka)는 파라날 천문대의 VLTI를 이용하여 안타레스의 표면 지도를 만들고 표면 물질의 운동을 측정하였다.

그 결과 태양을 제외한 다른 별에 대해 그 표면과 대기를 담은 최상의 사진을 얻을 수 있었다.

 

VLTI는 8.2미터의 단위 망원경 및 이보다는 작은 규모의 예비 망원경까지 총 4대의 망원경으로 관측한 데이터를 엮어낼 수 있는 독특한 설비로서 지름 200미터의 단일 거울을 사용하는 망원경과 동일한 기능을 수행할 수 있는 장치이다.

이러한 기능들은 하나의 망원경으로 관측한 정보를 훨씬 넘어서는 매우 세밀한 정보까지 얻을 수 있게 해 준다. 

 

이번 발표 논문의 주저자이기도 한 케이치 오나카의 설명은 다음과 같다.

"안타레스와 같이 생애의 마지막 단계에 접어든 별이 얼마나 빠르게 질량을 잃어가는지는 지난 반세기동안 수수께끼로 남아 있는 과제입니다. 

VLTI는 팽창되어 있는 안타레스의 대기에서 가스의 움직임을 직접적으로 측정할 수 있는 유일한 설비입니다.

이는 앞서 제기한 문제를 해결해 나가는데 있어서 핵심이 되는 부분이기도 하죠. 

다음 우리의 목표는 이러한 격렬한 대기 상의 움직임을 추동시키는 기재가 무엇인지를 밝히는 것입니다."

 

이번 새로운 연구결과를 이용하여 연구팀은 태양을 제외한 다른 별에 대해 처음으로 2차원 대기운동지도를 그릴 수 있었다.

 

연구팀은 이 작업을 수행하는데 3개의 예비망원경과 함께 VLTI를 이용하였으며 안타레스의 표면을 적외선 전파장에서 아주 작은 범주로 쪼개낼 수 있는 AMBER라 불리는 장비도 함께 활용하였다.

 

연구팀은 이 데이터를 별의 서로 다른 지점에 위치하는 대기가스의 속도 차이와 전체 별에서 대기가스의 평균 속도를 계산하는데 사용하였다.[2]

그 결과 만들어진 안타레스 전역에서 발생하는 대기 운동의 상대적인 속도를 구현해낸 지도는 태양을 제외한 다른 별에 대한 대기지도로는 처음으로 만들어진 것이다.

 

Credit:ESO/K. Ohnaka

 

그림 2> 천문학자들이 ESO VLTI를 이용하여 처음으로 태양을 제외한 다른 별의 대기상 물질의 움직임을 담은 지도를 만들어냈다.

바로 이것이 안타레스의 대기운동지도이다.

붉은 색으로 표시된 지역은 물질들이 우리로부터 멀어지는 방향으로 움직이는 지역이고 푸른 색은 우리 쪽으로 다가오는 방향으로 움직이는 지역이다.

텅 비어 있는 지역은 물질의 속도가 측정되지 않은 지역이다.

 

천문학자들은 별로부터 예상밖으로 훨씬 멀리까지 뻗어나간 저밀도 가스기류로 발견해냈고 이 운동이 대류현상은 아닌 것으로 결론내렸다. [3]

 

현재로서는 적색초거성 안타레스의 팽창된 대기에서 나타나는 이 새로운 운동은 그 원인 규명이 필요한 상태이다.

 

오나카의 결론은 다음과 같다.

"향후 서로 다른 유형에 속하는 별의 표면과 대기를 유례없이 세밀하게 연구하는 관측 기술이 적용될 것입니다.

아직까지 그 관측 한계선은 태양까지로만 한정되어 있죠. 

우리의 연구는 별관측에 새로운 차원과 새로운 창문을 여는 별천체물리학의 도래를 가능하게 할 것입니다. "

 

Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

 

그림 3> 이 표는 전갈자리를 보여주고 있다.

이 별자리의 심장부에 밝게 빛나는 붉은색 초거성인 안타레스가 자리잡고 있다.

 

 

각주 

 

[1] 안타레스는  전형적인 적색초거성으로 분류되는 별이다.

최후를 향해 달려가고 있는 이 거대한 별은 태양대비 9배에서 40배 사이의 질량을 갖는 별이다.

별이 적색초거성으로 진화하면 그 대기가 외곽으로 넓게 퍼져나가면서 밀도는 감소하는 대신 부피는 커지고 광도는 증가하게 된다.

안타레스의 질량은 현재 태양 질량의 약 12배이며 그 지름은 태양의 700배이다.

이 별은 처음에 태양 대비 15배의 질량으로 시작되었으며 수명을 유지하는 동안 태양 3개에 해당하는 질량을 소진했을 것으로 추정되고 있다.

 

[2] 물질이 지구쪽으로 오거나 지구 반대쪽으로 멀어지는 속도는 스펙트럼 상의 양끝단인 빨간색이나 파란색 쪽으로 스펙트럼 선이 이동하는 도플러 효과를 이용하여 측정할 수 있다

물질이 빛을 방출하거나 흡수하는 것은 해당 천체가 관측자로부터 멀어지거나 가까워지는 것을 의미한다.  

   

[3] 대류란 순환 패턴 내에서 차가워진 물질은 가라앉고 뜨거운 물질은 떠오르는 과정을 말한다.

이러한 움직임은 지구의 경우 대기와 해류에서 발생하지만 별에서는 가스가 이러한 움직임을 보인다. 

 

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Science Release  2017년 8월 23일자 

       http://www.eso.org/public/news/eso1726/

         

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

 

원문>

eso1726 — Science Release

Best Ever Image of a Star’s Surface and Atmosphere

First map of motion of material on a star other than the Sun

23 August 2017

Using ESO’s Very Large Telescope Interferometer astronomers have constructed the most detailed image ever of a star — the red supergiant star Antares. They have also made the first map of the velocities of material in the atmosphere of a star other than the Sun, revealing unexpected turbulence in Antares’s huge extended atmosphere. The results were published in the journal Nature.

To the unaided eye the famous, bright star Antares shines with a strong red tint in the heart of the constellation of Scorpius(The Scorpion). It is a huge and comparatively cool red supergiant star in the late stages of its life, on the way to becoming a supernova [1].

A team of astronomers, led by Keiichi Ohnaka, of the Universidad Católica del Norte in Chile, has now used ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) at the Paranal Observatory in Chile to map Antares’s surface and to measure the motions of the surface material. This is the best image of the surface and atmosphere of any star other than the Sun.

The VLTI is a unique facility that can combine the light from up to four telescopes, either the 8.2-metre Unit Telescopes, or the smaller Auxiliary Telescopes, to create a virtual telescope equivalent to a single mirror up to 200 metres across. This allows it to resolve fine details far beyond what can be seen with a single telescope alone.

“How stars like Antares lose mass so quickly in the final phase of their evolution has been a problem for over half a century,” said Keiichi Ohnaka, who is also the lead author of the paper. “The VLTI is the only facility that can directly measure the gas motions in the extended atmosphere of Antares — a crucial step towards clarifying this problem. The next challenge is to identify what’s driving the turbulent motions.”

Using the new results the team has created the first two-dimensional velocity map of the atmosphere of a star other than the Sun. They did this using the VLTI with three of the Auxiliary Telescopes and an instrument called AMBER to make separate images of the surface of Antares over a small range of infrared wavelengths. The team then used these data to calculate the difference between the speed of the atmospheric gas at different positions on the star and the average speed over the entire star [2]. This resulted in a map of the relative speed of the atmospheric gas across the entire disc of Antares — the first ever created for a star other than the Sun..

The astronomers found turbulent, low-density gas much further from the star than predicted, and concluded that the movement could not result from convection [3], that is, from large-scale movement of matter which transfers energy from the core to the outer atmosphere of many stars. They reason that a new, currently unknown, process may be needed to explain these movements in the extended atmospheres of red supergiants like Antares.

“In the future, this observing technique can be applied to different types of stars to study their surfaces and atmospheres in unprecedented detail. This has been limited to just the Sun up to now,” concludes Ohnaka. “Our work brings stellar astrophysics to a new dimension and opens an entirely new window to observe stars.”

Notes

[1] Antares is considered by astronomers to be a typical red supergiant. These huge dying stars are formed with between nine and 40 times the mass of the Sun. When a star becomes a red supergiant, its atmosphere extends outward so it becomes large and luminous, but low-density. Antares now has a mass about 12 times that of the Sun and a diameter about 700 times larger than the Sun’s. It is thought that it started life with a mass more like 15 times that of the Sun, and has shed three solar-masses of material during its life.

[2] The velocity of material towards or away from Earth can be measured by the Doppler Effect, which shifts spectral lines either towards the red or blue ends of the spectrum, depending on whether the material emitting or absorbing light is receding from or approaching the observer.

[3] Convection is the process whereby cold material moves downwards and hot material moves upwards in a circular pattern. The process occurs on Earth in the atmosphere and ocean currents, but it also moves gas around within stars.

More information

This research was presented in a paper entitled “Vigorous atmospheric motion in the red supergiant star Antares”, by K. Ohnaka et al., published in the journal Nature.

The team is composed of K. Ohnaka (Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile), G. Weigelt (Max- Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Germany) and K. -H. Hofmann (Max- Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, 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 and its world-leading Very Large Telescope Interferometer as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. ESO is also a major partner in two facilities on Chajnantor, APEX and ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre Extremely Large Telescope, the ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

Links

• Research paper

Contacts

Keiichi Ohnaka
Instituto de Astronomía — Universidad Católica del Norte
Antofagasta, Chile
Tel: +56 55 235 5493
Email: k1.ohnaka@gmail.com

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
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