우주의 프리첼 - 갓 태어난 이중별을 품고 있는 가스와 먼지 고리

 

Credit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Alves et al.

사진 1> 아타카마 거대 밀리미터/서브빌리미터 배열(The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, 이하 ALMA)을 이용하여 두 개의 별주위원반에 대한 유례없는 사진을 촬영할 수 있었다. 

이 원반들은 어린 별들을 품고 있으며 이 별들은 주위의 원반으로부터 물질을 공급받으며 몸집을 키워나가고 있다. 

먼지 다발들이 만들어내고 있는 복잡한 나선형 구조가 마치 프리첼의 고리 모양을 생각나게 만든다. 

이번 관측은 갓 태어난 별들의 초기 상태와 이중별계가 만들어지는 조건을 연구하는데 귀중한 자료가 되고 있다. 

 

천문학자들이 ALMA 를 이용하여 몸집을 키우고 있는 어린 별들을 품고 있는 두 개의 원반을 최상의 해상도로 촬영해냈다.

이 어린별들은 가스와 먼지 다발로 이루어진 복잡한 프리첼 모양의 구조로부터 물질을 공급받고 있다.

이 인상적인 광경은 별들의 탄생 초기와 이중별이 탄생되는 조건을 연구하는데 중요한 정보를 제공해주고 있다.

 

이들 두 개의 어린별은 BHB2007이라는 다중별계에서 발견되었다.

이 다중별계는 암흑성운 바너드 59(Barnard 59) 내부의 작은 별무리를 구성하는 가장 어린별 11개로 구성되어 있으며 바너드 59는 파이프 성운(the Pipe nebula)으로 알려져 있는 거대한 먼지 구름의 일부를 구성하고 있다. 

 

 

Credit:ESO

사진 2> 이 사진은 바너드 59를 촬영한 것이다.

바너드 59는 파이프 성운(the Pipe Nebula)이라는 이름의 별사이우주공간에 펼쳐진 광활한 암흑구름 중 일부를 구성하고 있다. 

암흑성운의 모습을 매우 세밀하게 담아낸 이 사진은 라실라 천문대의 MPG/ESO 2.2미터 망원경에 장착된 광대역화상촬영기(the Wide Field Imager)에 의해 촬영된 것이다. 

다음의 출처로 접속하면 필요에 따라 확대해서 사용하기에 충분한 대용량의 고화질 사진들을 얻을 수 있다.

 https://www.eso.org/public/images/eso1233a/

 

이 이중별계를 조사한 이전의 관측에서는 외부 구조만을 볼 수 있었다.

하지만 이번에는 막스 플랑크 외계물리연구소(the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, MPE)의 과학자들이 이끄는 국제 연구팀이 ALMA의 고해상도 관측능력을 이용하여 그 내부까지 관측해낼 수 있었다.

 

이번 연구를 이끈 MPE의 펠리페 알베스(Felipe Alves)는 두 개의 별 주위를 휘감고 있어 별주위원반으로 해석할 수 있는 두 개의 고밀도 구조를 발견해냈다고 설명했다.

별주위원반(circumstellar disk)이란 갓 태어난 어린 별 주위를 둘러싸고 있는 먼지와 가스의 고리를 말한다.

별은 이 고리로부터 물질을 공급받으면서 몸집을 키우게 된다.

 

알베스의 설명은 다음과 같다.

"이 원반 각각의 크기는 우리 태양계의 소행성벨트와 유사한 크기입니다. 

그리고 각각의 원반은 약 28AU 정보의 거리로 떨어져 있습니다."

 

또한 이 두 개의 원반은 목성질량의 80배에 해당하는 총질량을 가진 더 큰 원반에 의해 둘러싸여 있다.

이 거대한 원반은 먼지 다발들이 프리첼 고리와 같은 형태의 나선형으로 분포하면서 복잡한 양상을 보여주고 있다. 

 

이번 논문의 공동저자이며 천체화학연구센터의 책임자이자 막스플랑크외계행성물리연구소 소장인 파올라 카셀리(Paola Caselli)의 설명은 다음과 같다.

"우리는 이번 연구를 통해서 이중별계의 성장을 이끄는 복잡한 구조를 규명함으로써 별 주변을 감싸고 있는 원반계와 이중별계 탄생의 연결고리를 확인할 수 있었습니다. 

이는 오늘날 인정되고 있는 별 생성 모델에 있어 중요한 제약사항을 제공해준다는 점에서 매우 중요한 결과라 할 수 있습니다."

 

갓 태어난 어린 별은 주변을 둘러싸고 있는 훨씬 더 큰 규모의 원반으로부터 두 단계에 걸쳐 물질을 획득하게 된다. 

우선 첫번째 단계로 전체를 휘감고 있는 고리 구조에서 물질들이 개개 별의 주위를 휘감고 있는 원반으로 이동하게 된다. 

이번에 ALMA가 탐사한 것은 바로 이 단계이다. 

또한 데이터 분석을 통해 질량이 덜 나가는 별주위원반이 더 밝게 빛난다는 것을 알 수 있었는데 이는 질량이 덜 나가는 별주위원반에 더 많은 물질들이 강착되고 있었기 때문이다. (사진1>에서는 아래쪽에 있는 원반이 이에 해당한다.)

두 번째 단계에서는 별주위원반의 물질이 별로 추락하면서 별의 몸집을 키우는 재료가 된다. 

 

알베스의 설명은 다음과 같다.

"우리는 이 두 단계의 강착 과정이 이중별계의 역동성을 만들어내는 원인일 것으로 생각하고 있습니다. 

이번 관측이 이론과 잘 맞아 떨어질 것이라는 점은 이미 결론이 난 것이나 다름이 없습니다. 

우리는 갓 태어난 이중별계에 대한 연구를 좀더 세밀하게 진행할 것이며 이를 통해 다중별계의 생성에 대해 보다 더 많은 것을 알게 될 것입니다." 

 

Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

표1> 이 별지도는 땅꾼자리에 있는 바너드 59의 위치를 보여주고 있다. 

별지도에 표시된 대부분의 별들은 좋은 관측 조건에서는 모두 맨눈으로 볼 수 있는 별들이다. 

바너드 59의 위치가 별지도에 붉은색 원으로 표시되어 있다. 

이 암흑성운은 파이프 성운의 한 부분을 구성한다. 

파이프 성운은 관측 조건이 좋은 하늘아래서라면 미리내에 한 가운데를 가로지르는 검은 균열로 맨눈으로도 볼 수 있다. 

 

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Photo Release  2019년 10월 4일자 

       https://www.eso.org/public/news/eso1916/

 

참고 : 다중별계 BHB2007을 비롯한 각종 별들에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다. 
          https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

원문>

eso1916 — Photo Release

A Cosmic Pretzel

Twin baby stars grow amongst a twisting network of gas and dust

4 October 2019

Astronomers using ALMA have obtained an extremely high-resolution image showing two disks in which young stars are growing, fed by a complex pretzel-shaped network of filaments of gas and dust. Observing this remarkable phenomenon sheds new light on the earliest phases of the lives of stars and helps astronomers determine the conditions in which binary stars are born.

The two baby stars were found in the [BHB2007] 11 system – the youngest member of a small stellar cluster in the Barnard 59 dark nebula, which is part of the clouds of interstellar dust called the Pipe nebula. Previous observations of this binary system showed the outer structure. Now, thanks to the high resolution of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) and an international team of astronomers led by scientists from the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) in Germany, we can see the inner structure of this object. 

“We see two compact sources that we interpret as circumstellar disks around the two young stars,” explains Felipe Alves from MPE who led the study.  A circumstellar disk is the ring of dust and gas that surrounds a young star. The star accrete matter from the ring to grow bigger. “The size of each of these disks is similar to the asteroid belt in our Solar System and the separation between them is 28 times the distance between the Sun and the Earth,” notes Alves. 

The two circumstellar disks are surrounded by a bigger disk with a total mass of about 80 Jupiter masses, which displays a complex network of dust structures distributed in spiral shapes –  the pretzel loops. “This is a really important result,” stresses Paola Caselli, managing director at MPE, head of the Centre of Astrochemical Studies and co-author of the study. “We have finally imaged the complex structure of young binary stars with their feeding filaments connecting them to the disk in which they were born. This provides important constraints for current models of star formation.”

The baby stars accrete mass from the bigger disk in two stages. The first stage is when mass is transferred to the individual circumstellar disks in beautiful twirling loops, which is what the new ALMA image showed. The data analysis also revealed that the less-massive but brighter circumstellar disk — the one in the lower part of the image — accretes more material. In the second stage, the stars accrete mass from their circumstellar disks. “We expect this two-level accretion process to drive the dynamics of the binary system during its mass accretion phase,” adds Alves. “While the good agreement of these observations with theory is already very promising, we will need to study more young binary systems in detail to better understand how multiple stars form.”

More information

This research was presented in a paper published on 3 October 2019 in the journal Science.

The team is composed of F. O. Alves (Center for Astrochemical Studies, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany), P. Caselli (Center for Astrochemical Studies, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Germany), J. M. Girart (Institut de Ciències de l’Espai, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Spain and Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Spain), D. Segura-Cox (Center for Astrochemical Studies, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany), G. A. P. Franco (Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Minas Gerais, Brazil), A. Schmiedeke (Center for Astrochemical Studies, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany) and B. Zhao (Center for Astrochemical Studies, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany).

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science Council of Taiwan (NSC) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA. 

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It has 16 Member States: Austria, Belgium, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. 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. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world’s largest and most sensitive gamma-ray observatory. 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
• Photos of ALMA

Contacts

Felipe Alves
Center for Astrochemical Studies — Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3897
Email: falves@mpe.mpg.de

Mariya Lyubenova
ESO Head of Media Relations
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6188
Email: pio@eso.org

Connect with ESO on social media