NGC 7009의 독특한 구조

 

Credit:ESO/J. Walsh

 

사진1>

 

토성성운(the Saturn Nebula)이라 불리기도 하는 인상적인 모습의 행성상 성운 NGC 7009가 분홍색과 파란색으로 화려하게 장식하고 어둠속에서 마치 일련의 독특한 거품들이 솟아오르듯 그 모습을 드러내고 있다. 

이 화려한 사진은 ESO 초거대망원경(이하 VLT)에 장착된 강력한 촬영장비인 MUSE로 촬영된 것으로서 사상 처음으로 행성상성운 내부의 먼지지도를 그려내는 연구의 일환으로 촬영된 것이다. 

성운 내의 껍데기 구조들과 헤일로 및 흥미로운 파동을 비롯한 먼지의 세부 구조를 밝혀내는 목적을 가진 이 지도는 천문학자들로 하여금 행성상성운의 독특한 형태와 대칭성이 어떻게 생겨나는지 이해하는데 도움을 줄 것이다. 

 

NGC 7009는 물병자리방향으로 약 5,000 광년 거리에 위치하고 있다. 

토성성운이라는 이름은 이 행성상성운의 독특한 외형에서 비롯된 것으로서 그 모습이 마치 고리를 두른 토성의 모습과 비슷하여 붙여진 것이다. 

그러나 사실 행성상성운은 행성과는 아무런 상관이 없는 천체이다. 

 

NGC 7009는 원래 삶의 마지막 단계에서 적색거성으로 부풀어 올라 껍질을 벗어내기 시작한 적은 질량의 별이었다. 

이렇게 떨어져나온 물질들이 강력한 별폭풍에 쓸려나가고 그 뒤에 남겨진 별의 뜨거운 핵으로부터 뿜어져나온 자외선 복사에 의해 

별 주위를 감싸는 먼지가 에너지를 얻으면서 다채로운 색깔로 밝게 빛나는 뜨거운 가스를 만들어내게 되었다. 

 

따라서 NGC 7009의 중앙에는 최후를 맞은 별이 자리잡고 있다. 

이 사진에도 보이는 이 별은 점점 백색난쟁이별이 되어가는 와중에 있다.[1]

 

이처럼 독특한 외형의 행성상성운이 어떻게 만들어지는지를 이해하기 위해 

ESO 제레미 월쉬(Jeremy Walsh)가 이끄는 국제천문학연구팀은 MUSE를 이용하여 NGC 7009의 먼지베일 안쪽을 들여다보았다. 

 

MUSE는 ESO 파라날 천문대에에 있는 4개 VLT중 하나에 장착되어 있는 장비이다. 

이 장비는 대단히 강력한 장비이다. 

이 장비는 단순히 사진만을 찍는게 아니라 대상으로부터 나오는 빛을 다양한 파장의 정보로 취합한다. 

 

 

Credit:ESO/J. Walsh

 

사진 2> 이 그림은 MUSE가 어떻게 NGC 7009의 모습을 3차원으로 분해 묘사하는지를 보여주고 있다. 

각각의 분광 데이터는 각각의 색깔로 분해된 성운의 모습을 보여주고 있다.    

이를 통해 각 픽셀은 이 성운을 구성하고 있는 화학적,물리적 속성에 대한 상세한 정보를 알려주게 된다. 

후속 연구가 진행되는 동안 천문학자들은 마치 TV가 서로다른 진폭에 서로 다른 채널을 담아내듯이 각각의 다른 파장 속에 나타나는 이 성운의 다양한 모습들을 연구할 수 있었다.  

 

연구팀은 MUSE를 이용하여 이 행성상성운 전역에 분포하는 가스와 먼지를 처음으로 상세한 가시광선 지도로 만들어냈다.[2]

그 결과 도출된 NGC 7009의 사진은 타원형을 띤 내부의 껍질 구조와 외곽을 두른 껍질 구조 및 헤일로를 포함한 여러 구조를 대단히 섬세하게 보여주고 있다. 

또한 이 행성상성운의 장축 양끝에서 뻗어나온 밝은 두 개의 안세(ansae, 라틴어로서 '손잡이'를 의미함)도 보여주고 있다. 

 

흥미롭게도 연구팀은 이 먼지 내에서 파동과 같은 구조를 발견했는데 이 파동구조에 대해서는 아직 완전히 이해되지 않고 있다. 

 

 

Credit:ESO/J. Walsh

 

사진 3>

 

이 행성상성운의 전역에는 먼지가 고루 퍼져 있다. 그런데 안쪽 껍대기의 테두리에서는 이 먼지의 양이 현격하게 떨어지는 양상을 보여주고 있어

마치 이곳에서 어떤 파괴작용이 있었던 것처럼 보인다. 

 

이와 같은 단절 양상이 가능한 몇가지 역학이 존재한다. 

이 안쪽 껍질은 기본적으로 팽창하는 충격파이다. 

따라서 이 충격파가 먼지 알갱이를 몰아내어 없애버렸을 수도 있고, 열을 만들어내면서 먼지를 기화시켜버렸을 수도 있다. 

 

행성상성운 내부의 가스와 먼지 지도를 그려내는 것은 낮은 질량을 가진 별들이 수명을 유지하다가 최후를 맞는데 있어 이들이 어떤 역할을 수행하는지를 이해하는데 목표를 두고 있으며 행성상성운의 독특하면서도 복잡한 구조가 어떻게 만들어지는지를 이해하는데도 도움을 줄 수 있다. 

 

사실 MUSE의 관측 성능은 행성상성운 관측 이상의 능력을 가지고 있다. 

이 고감도 장비는 초기우주에서 별과 은하의 생성을 연구하는데도 이바지 하고 있으며 근거리 우주에 자리잡고 있는 은하단에서 암흑물질의 분포를 규명하는데도 사용되고 있다. 

 

MUSE는 또한 독수리성운에 자리잡은 창조의 기둥을 사상 처음으로 3D 입체 지도로 그려냈으며 가까이 있는 은하가 충돌하면서 만들어내는 장대한 모습을 담아내기도 했다. 

 

Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

 

사진 4> 이 지도는 넓은 범위를 차지하고 있지만 희미한 별자리인 물병자리에서 맨눈으로 볼 수 있는 별들 대부분을 담아낸 별지도이다. 

이 별자리에는 밝은 행성상성운 NGC 7009가 위치하고 있다. 

NGC 7009는 눈에 보이는 외형으로 인해 토성성운이라는 이름으로 불리기도 한다. 

작은 망원경을 이용하면 작고 밝은 원반으로 그 모습을 드러내는 이 성운을 볼 수 있다. 

 

 

Credit:ESO, Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

 

사진 5> DSS2가 촬영한 이 사진은 NGC 7009가 자리잡고 있는 주위 하늘의 모습을 담고 있다. 

NGC 7009는 그 특이한 외형으로 인해 토성성운이라는 이름으로 불리기도 한다. 

이 행성상성운이 사진의 한 가운데 밝고 푸른 원반으로 보이고 있다. 

사진에는 또한 수많은 은하들이 희미하게 담겨 있다. 

 

 

각주 

[1] 행성상성운은 대개 짧은 수명을 갖는다. 

NGC 7009는 팽창이 지속되면서 점점 식어가, 고작 수만년 정도만 지속되고 결국 우리 눈에 보이지 않게 될 것이다. 

중심별 역시 뜨거운 백색난쟁이별로서 점점 희미해져가게 될 것이다. 

 

[2] 예전에 허블우주망원경이 NGC 7009를 담아낸 인상적인 사진을 제공한 적이 있다. 

그러나 허블우주망원경의 사진은 성운 전반에 걸쳐 각지점에서 발생하는 분광 정보는 제공하지 못한다. 

     

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Photo Release  2017년 9월 27일자 

        http://www.eso.org/public/news/eso1731/

         

참고 : NGC 7009를 비롯한 각종 성운에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.        
        https://big-crunch.tistory.com/12346974

 

원문>

eso1731 — Photo Release

The Strange Structures of the Saturn Nebula

27 September 2017

The spectacular planetary nebula NGC 7009, or the Saturn Nebula, emerges from the darkness like a series of oddly-shaped bubbles, lit up in glorious pinks and blues. This colourful image was captured by the powerful MUSE instrument on ESO’s Very Large Telescope (VLT), as part of a study which mapped the dust inside a planetary nebula for the first time. The map — which reveals a wealth of intricate structures in the dust, including shells, a halo and a curious wave-like feature — will help astronomers understand how planetary nebulae develop their strange shapes and symmetries.

The Saturn Nebula is located approximately 5000 light years away in the constellation of Aquarius (The Water Bearer). Its name derives from its odd shape, which resembles everyone’s favourite ringed planet seen edge-on.

But in fact, planetary nebulae have nothing to do with planets. The Saturn Nebula was originally a low-mass star, which expanded into a red giant at the end of its life and began to shed its outer layers. This material was blown out by strong stellar winds and energised by ultraviolet radiation from the hot stellar core left behind, creating a circumstellar nebula of dust and brightly-coloured hot gas. At the heart of the Saturn Nebula lies the doomed star, visible in this image, which is in the process of becoming a white dwarf [1].

In order to better understand how planetary nebulae are moulded into such odd shapes, an international team of astronomers led by Jeremy Walsh from ESO used the Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) to peer inside the dusty veils of the Saturn Nebula. MUSE is an instrument installed on one of the four Unit Telescopes of the Very Large Telescopeat ESO’s Paranal Observatory in Chile. It is so powerful because it doesn’t just create an image, but also gathers information about the spectrum — or range of colours — of the light from the object at each point in the image.

The team used MUSE to produce the first detailed optical maps of the gas and dust distributed throughout a planetary nebula [2]. The resulting image of the Saturn Nebula reveals many intricate structures, including an elliptical inner shell, an outer shell, and a halo. It also shows two previously imaged streams extending from either end of the nebula’s long axis, ending in bright ansae (Latin for “handles”).

Intriguingly, the team also found a wave-like feature in the dust, which is not yet fully understood. Dust is distributed throughout the nebula, but there is a significant drop in the amount of dust at the rim of the inner shell, where it seems that it is being destroyed. There are several potential mechanisms for this destruction. The inner shell is essentially an expanding shock wave, so it may be smashing into the dust grains and obliterating them, or producing an extra heating effect that evaporates the dust.

Mapping the gas and dust structures within planetary nebulae will aid in understanding their role in the lives and deaths of low mass stars, and it will also help astronomers understand how planetary nebulae acquire their strange and complex shapes.

But MUSE’s capabilities extend far beyond planetary nebulae. This sensitive instrument can also study the formation of stars and galaxies in the early Universe, as well as map the dark matter distribution in galaxy clusters in the nearby Universe. MUSE has also created the first 3D map of the Pillars of Creation in the Eagle Nebula (eso1518) and imaged a spectacular cosmic crash in a nearby galaxy (eso1437).

Notes

[1] Planetary nebulae are generally short-lived; the Saturn Nebula will last only a few tens of  thousands of years before expanding and cooling to such an extent that it becomes invisible to us. The central star will then fade as it becomes a hot white dwarf.

[2] The NASA/ESA Hubble Space Telescope has previously provided a spectacular image of the Saturn Nebula — but, unlike MUSE, it cannot reveal the spectrum at each point over the whole nebula.

More information

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

• Photos of the VLT
• Photos of MUSE
• Press release on first light of MUSE

Contacts

Jeremy Walsh
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Richard Hook
ESO Public Information Officer
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