2020. 2. 6. 12:41ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
사진 1> ALMA가 촬영한 이 사진은 별들의 투쟁이 만들어낸 결과물을 보여주고 있다.
이중별계 HD101584를 감싸고 있는 복잡하고 아름다운 가스가 바로 그것이다.
색깔은 속도를 나타낸다.
파란색이 짙어질수록 더더욱 빠르게 우리쪽으로 다가오는 가스들이며 빨간색이 짙어질수록 더더욱 빠르게 우리쪽에서 멀어지는 가스들이다.
물질의 분출로 만들어진, 거의 우리의 시선 각도와 나란히 정렬하고 있는 제트 역시 파란색과 빨간색으로 표현되어 있다.
이중별계를 구성하는 각각의 별은 사진 중앙에 밝은 점으로 보이고 이를 고리처럼 둘러싼 구조가 초록색으로 보인다.
이 고리는 시선을 따라 천체 전반과 동일한 속도로 움직이고 한다.
천문학자들은 상대적으로 질량이 적은 짝꿍별이 으뜸별인 적색거성 쪽으로 나선형 궤도로 접근할 때 적색거성에서 쏟아져나온 물질들로 이 고리가 만들어졌을 것으로 추정하고 있다.
천문학자들이 ESO의 파트너인 아타카마 거대 밀리미터/서브밀리미터 배열(the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, 이하 ALMA)을 이용하여 두 개 별의 대결로부터 야기된 독특한 가스구름을 포착해냈다.
으뜸별은 짝꿍별을 삼켜버릴만큼 거대하게 자라났고 나선형 궤도를 따라 다가서고 있는 짝꿍별은 으뜸별의 외곽 표피층을 벗겨내면서 으뜸별을 성가시게 만들고 있다.
사람과 마찬가지로 별들도 나이를 먹으며 결국 죽게된다.
태양이나 태양과 같은 별들에게 있어 이러한 변화는 중심핵에 있는 수소를 모두 태워버리는 것으로 일생에 걸쳐 진행되며 이 와중에 별은 거대하고 밝은 적색거성으로 부풀어오른다.
결국 죽음을 맞는 별은 자신의 외곽 표피를 모두 잃고 중심핵만이 남게 된다.
이렇게 남겨진 뜨거운 고밀도의 별을 백색난쟁이별(white dwarf)이라 부른다.
국제학술지 아스트로노미앤아스트로피직스(Astronomy & Astrophysics)에 이 독특한 천체에 대한 논문을 개재한 연구팀의 리더이자 스웨덴 칼머스공과대학(the Chalmers University of Technology) 한스 오로프손(Hans Olofsson)은 HD101584라는 이름의 이 이중별계는 질량이 적은 짝꿍별이 결국 으뜸별에게 집어삼켜지면서 끝나게 되는 짧은 시간 동안 드라마틱하게 진행될 '죽음의 프로세스'를 밟고 있다는 측면에서 특별한 천체라고 말했다.
ALMA의 관측과 ESO가 운용하는 아타카마 패스파인더 익스페러먼트(Atacama Pathfinder EXperiment, 이하 APEX)에 의해 보강된 데이터를 이용하여 올로프손과 연구팀은 HD101584 이중별계에서 발생하는 현상이 일종의 별들의 투쟁(stellar fight.)이라는 사실을 알게 되었다.
으뜸별이 적색거성으로 부풀어오르면 상대적으로 질량이 적은 짝꿍별을 충분히 삼켜버릴만큼 커지게 된다.
이에 대한 반응으로 몸집이 작은 별은 나선형 궤도를 돌면서 거성의 중심핵으로 다가서게 되지만 바로 충돌이 일어나지는 않는다.
오히려 이러한 움직임은 으뜸별의 폭발을 촉진시키고 이 와중에 쏟아진 가스층이 드라마틱하게 퍼져나가는 한편 으뜸별의 핵이 노출된다.
연구팀은 HD101584 성운에서 볼 수 있는 복잡한 가스구조는 나선형 궤도를 돌며 적색거성으로 다가서는 짝꿍별 때문에 생성된 것이며 가스에서 뿜어져나오는 제트 역시 이러한 과정에서 만들어진 것이라고 말했다.
이미 떨어져나간 가스층이 파괴적으로 밀려나가면서 만들어지는 제트들은 이전에 이미 분출된 물질들을 밀쳐내며 가스고리들을 만들어내고 이들이 사진에서 파란색과 붉은색의 거품으로 보인다.
별들의 투쟁에 있어 한 가지 희망이라면 천문학자들이 이를 통해 우리 태양과 같은 별의 마지막 진화양상을 이해하는데 도움을 받을 수 있다는 점이다.
논문의 공동저자인 스웨덴 웁살라 대학, 소피아 람스테트(Sofia Ramstedt)의 설명은 다음과 같다.
"지금 우리는 태양과 같은 일반적인 별들이 어떻게 최후를 맞는지를 설명할 수 있습니다.
하지만 그 과정이 왜, 그리고 정확히 어떻게 일어나는지를 설명할 수는 없었죠.
HD101584는 우리에게 이러한 문제를 풀 수 있는 중요한 단서를 제공해주고 있습니다.
과거보다 더 많이 연구된 별의 진화단계에서 아주 짧은 변형의 단계를 거치고 있기 때문이죠.
HD101584와 그 주변을 촬영한 상세한 사진을 통해 우리는 이 거성이 과거에 어땠을지, 그리고 그 잔해가 앞으로 어떤 모습이 될지를 연관지어 볼 수 있게 되었습니다."
논문의 공동저자인 ESO 엘리자베스 험프리스(Elizabeth Humphreys)는 연구팀이 이 가스 구름 내에서 나타나는 물리학적 및 화학적 반응을 탐사하는데 중요한 역할을 수행했다.
험프리스는 HD101584 및 그 주변환경을 담아낸 이 정교한 사진에서 볼 수 있듯이 ALMA의 각분해능과 정교한 감도가 없었다면 이번 연구는 가능하지 않았을 것이라고 말했다.
오늘날 많은 망원경들이 천문학자들로 하여금 이중별계 주변을 휘감고 있는 가스를 연구할 수 있게 해 주지만 이 이중별계의 경우 복잡한 성운의 중심에 두 개 별이 너무 가깝게 붙어있었고, 거리도 충분한 분석이 어려울만큼 먼 상태였다.
올로프손은 현재 칠레 아타카마 사막에 건설중인 초대형망원경(Extremely Large Telescope, ELT)을 통해 이 천체의 중심에 대한 좀더 상세한 정보들을 얻을 수 있을 것이라고 말했다.
표1> 이 표는 가스구름에 휩싸여 있는 이중별 HD101584의 위치를 보여주고 있다.
이 이중별은 켄타우루스자리 방향에 위치하고 있으며 최근 ALMA와 APEX를 이용한 연구 결과가 발표되었다.
이 지도에 있는 대부분의 별들은 관측 조건만 좋다면 모두 맨눈으로 볼 수 있는 별들이다.
HD101584의 위치가 붉은색 원으로 표시되어 있다.
사진 2> 이 광대역사진은 가스구름에 둘러싸여 있는 이중별 HD101584와 그 주변을 촬영한 것이다.
이 사진은 디지털촬영을 이용한 온하늘탐사2(the Digitized Sky Survey 2)의 일환으로 촬영 및 제작되었다.
출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Science Release 2020년 2월 5일자
https://www.eso.org/public/news/eso2002/
참고 : HD101584를 비롯한 각종 별들에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346972
eso2002 — Science Release
ALMA catches beautiful outcome of stellar fight
5 February 2020
Astronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), in which ESO is a partner, have spotted a peculiar gas cloud that resulted from a confrontation between two stars. one star grew so large it engulfed the other which, in turn, spiralled towards its partner provoking it into shedding its outer layers.
Like humans, stars change with age and ultimately die. For the Sun and stars like it, this change will take it through a phase where, having burned all the hydrogen in its core, it swells up into a large and bright red-giant star. Eventually, the dying Sun will lose its outer layers, leaving behind its core: a hot and dense star called a white dwarf.
“The star system HD101584 is special in the sense that this ‘death process’ was terminated prematurely and dramatically as a nearby low-mass companion star was engulfed by the giant,” said Hans Olofsson of the Chalmers University of Technology, Sweden, who led a recent study, published in Astronomy & Astrophysics, of this intriguing object.
Thanks to new observations with ALMA, complemented by data from the ESO-operated Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), Olofsson and his team now know that what happened in the double-star system HD101584 was akin to a stellar fight. As the main star puffed up into a red giant, it grew large enough to swallow its lower-mass partner. In response, the smaller star spiralled in towards the giant’s core but didn’t collide with it. Rather, this manoeuvre triggered the larger star into an outburst, leaving its gas layers dramatically scattered and its core exposed.
The team says the complex structure of the gas in the HD101584 nebula is due to the smaller star’s spiralling towards the red giant, as well as to the jets of gas that formed in this process. As a deadly blow to the already defeated gas layers, these jets blasted through the previously ejected material, forming the rings of gas and the bright bluish and reddish blobs seen in the nebula.
A silver lining of a stellar fight is that it helps astronomers to better understand the final evolution of stars like the Sun. “Currently, we can describe the death processes common to many Sun-like stars, but we cannot explain why or exactly how they happen. HD101584 gives us important clues to solve this puzzle since it is currently in a short transitional phase between better studied evolutionary stages. With detailed images of the environment of HD101584 we can make the connection between the giant star it was before, and the stellar remnant it will soon become,” says co-author Sofia Ramstedt from Uppsala University, Sweden.
Co-author Elizabeth Humphreys from ESO in Chile highlighted that ALMA and APEX, located in the country’s Atacama region, were crucial to enabling the team to probe “both the physics and chemistry in action” in the gas cloud. She added: “This stunning image of the circumstellar environment of HD101584 would not have been possible without the exquisite sensitivity and angular resolution provided by ALMA.”
While current telescopes allow astronomers to study the gas around the binary, the two stars at the centre of the complex nebula are too close together and too far away to be resolved. ESO’s Extremely Large Telescope, under construction in Chile’s Atacama Desert, “will provide information on the ‘heart’ of the object,” says Olofsson, allowing astronomers a closer look at the fighting pair.
More information
This research was presented in a paper published in Astronomy & Astrophysics.
The team is composed of H. Olofsson (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, onsala Space Observatory, Sweden [Chalmers]), T. Khouri (Chalmers), M. Maercker (Chalmers), P. Bergman (Chalmers), L. Doan (Department of Physics and Astronomy, Uppsala University, Sweden [Uppsala]), D. Tafoya (National Astronomical Observatory of Japan), W. H. T. Vlemmings (Chalmers), E. M. L. Humphreys (European Southern Observatory [ESO], Garching, Germany), M. Lindqvist (Chalmers), L. Nyman (ESO, Santiago, Chile), and S. Ramstedt (Uppsala).
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”.
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Contacts
Hans Olofsson
Chalmers University of Technology
Onsala, Sweden
Tel: +46 31 772 5535
Email: hans.olofsson@chalmers.se
Elizabeth Humphreys
European Southern Observatory (ESO)
Santiago, Chile
Tel: +56 2 2463 6912
Email: ehumphre@eso.org
Sofia Ramstedt
Uppsala University
Uppsala, Sweden
Tel: +46 18 471 5970
Email: sofia.ramstedt@physics.uu.se
Bárbara Ferreira
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