희미해진 베텔게우스(Betelgeuse)

 

Credit:ESO/M. Montarges et al.

 

사진 1> 오리온자리의 적색초거성 베텔게우스(Betelgeuse)가 전에 없이 어두워지고 있다. 

 

천문학자들이 ESO 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)을 이용하여 전에 없이 희미해진 오리온자리의 적색초거성 베텔게우스를 촬영하였다. 

이 아름다운 사진은 희미해진 적색거성의 표면 뿐 아니라 그 형태가 어떻게 바뀌었는지도 보여주고 있다. 

베텔게우스는 밤하늘의 별관측자들에게 밤하늘의 봉화와 같은 역할을 하는 별인데 지난 해 말부터 희미해지기 시작했다. 

 

2020년 2월 14일 현재 베텔게우스의 밝기는 평소 밝기의 36%수준으로서 이러한 밝기 변화는 맨눈으로도 알 수 있는 정도이다. 

과학자와 아마추어천문학자들을 비롯하여 천문에 관심이 있는 모든 사람들이 이 유례없는 베텔게우스의 밝기 감소에 대해 더 많은 것을 알기를 희망하고 있다. 

 

벨기에 뢰번 카톨릭대학(KU Leuven)의 천문학자 미겔 몬타게스(Miguel Montarge)가 이끄는 연구팀은 베텔게우스가 희미해지는 이유를 알기 위해 지난 해 12월부터 ESO의 VLT를 이용하여 이 별을 관측해오고 있다. 

이들의 관측 작업 중 첫번째 관측에서 도출된 결과가 베텔게우스의 표면을 담고 있는 이 놀라운 사진으로서, 이 사진은 작년 말 분광광도계의 높은 대비를 이용한 외계행성 연구 장비(the Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument, 이하 SPHERE)를 이용하여 촬영되었다. 

 

연구팀은 베텔게우스가 희미해지기 전인, 2019년 1월에 SPHERE를 이용하여 베텔게우스를 촬영한 바 있다. 

그 결과 베텔게우스의 변경 전후 사진을 얻을 수 있게 되었다. 

 

Credit:ESO/M. Montarges et al.

 

사진 2> 이 사진은 베텔게우스가 희미해지기 전과 후의 사진을 비교한 것이다. 

각 사진은 2019년 1월과 12월에 ESO VLT에 장착된 SPHERE로 촬영한 것이다. 

별빛이 얼마나 흐려졌는지, 그리고 그 형태가 어떻게 변했는지 알 수 있다. 

 

가시광선 대역으로 촬영된 사진들은 베텔게우스의 밝기와 형태에 나타난 변화를 보여주고 있다. 

많은 천문 관계자들은 베텔게우스가 희미해진 이유가 이제 막 폭발이 임박했기 때문이 아닌지 생각하고 있다. 

다른 모든 적색초거성과 마찬가지로 베텔게우스도 언젠가는 초신성이 될 것이다. 

하지만 천문학자들은 이러한 변화가 지금 발생할 것이라고는 생각하지 않고 있다. 

 

천문학자들은 SPHERE의 사진에서 볼 수 있는 바와 같은 형태와 밝기 변화가 정확히 무엇 때문에 일어내는지를 설명하기 위해 다른 가정들을 세우고 있다. 

 

몬타게스의 설명은 다음과 같다.

"우리는 두 개 가설을 생각하고 있습니다. 

우선 이 별의 밝기가 줄어든 이유로 베텔게우스가 평소와는 다른 특이한 활동[1]을 하고 있을 가능성이 있고 또 다른 이유로는 우리 시선 방향으로 먼지가 뿜어져 나왔기 때문으로 생각할 수도 있습니다. 

물론 적색초거성에 대한 우리의 지식은 불완전한 상태이고 우리는 여전히 이를 규명해 가는 과정에 있죠. 

따라서 놀라운 일은 언제든 발생할 가능성이 있습니다."

 

몬타게스와 그의 연구팀은 700광년 거리에 있는 이 별이 왜 희미해지고 있는지 단서를 얻기 위해 VLT가 필요했다. 

몬타게스는 ESO 파라날 천문대야말로 베텔게우스의 표면을 촬영할 수 있는 설비를 갖춘 몇 안되는 천문대 중 하나라고 말했다. 

ESO VLT에 장착된 장비들은 가시광선에서부터 중적외선 영역까지의 관측을 가능하게 해 준다. 

이는 천문학자들이 베텔게우스의 표면과 그 주위를 둘러싸고 있는 물질들 모두를 볼 수 있다는 의미이다.

몬타게스에 따르면 가시광선 및 적외선 장비들이 베텔게우스에서 무슨 일이 일어나는지 알 수 있는 유일한 수단이라고 말했다. 

 

2019년 12월, VLT화상기 및 중적외선 분광기(VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared, 이하 VISIR)로 얻은 또다른 새로운 사진은 적외선으로 포착한 베텔게우스 주위의 먼지를 보여주고 있다. 

VISIR 관측은 프랑스 파리 천문대, 피에르 케르벨라(Pierre Kervella)라 이끄는 연구팀에 의해 진행되었다. 

케르벨라는 VISIR를 이용하여 촬영된 적외선 파장은 열카메라가 포착하는 영상과 유사하다고 말했다. 

 

 

Credit:ESO/P. Kervella/M. Montarges et al., Acknowledgement: Eric Pantin

 

사진 3> 2019년 12월 ESO VLT에 장착된 VISIR로 촬영된 이 사진은 베텔게우스를 둘러싸고 있는 먼지들의 복사를 적외선으로 포착한 것이다. 

가운데 검은 원반은 별과 별 주위 상당 부분을 막은 것이다. 

대단히 밝게 빛나는 이 부분을 막아야만 그 주위의 희미한 먼지 구름들을 포착해낼 수 있다. 

검은 원반 한 가운데 보이는 주황색 점이 베텔게우스이다. 

베텔게우스의 직경은 태양계에서 목성 공전궤도의 직경과 맞먹는다. 

 

VISIR 사진에서 먼지 구름은 불꽃과 비슷한 모습으로 나타난다. 

이 구름은 별이 자신을 구성하고 있는 물질들을 우주로 되돌려 보낼때 형성된다. 

 

적색초거성의 SPHERE 사진 작업을 함께 하고 있는 뢰번 카톨릭대학교 박사과정 에밀리 카논(Emily Cannon)의 설명은 다음과 같다. 

"'우리는 모두 별먼지로 만들어졌다.'라는 말은 천문학계에서 일반적으로 들을 수 있는 말이죠. 

그러면 이 먼지는 정확히 어디서 온 것일까요?

이 먼지들은 베텔게우스와 같은 적색초거성들이 평생에 걸쳐 만들어내고 초신성으로 폭발하기 전에 뿜어낸 어마어마한 양의 물질들에서 온 것입니다.

오늘날의 기술은 수백광년 멀리에서도 이 물질들을 연구할 수 있게 해주죠. 

유례없는 고화질로 촬영된 사진들은 이 거대한 별들이 질량을 잃게 만드는 원인을 규명할 기회를 주고 있습니다."

 

 

Credit:ESO/L. Calcada

 

그림 1> 이 그림은 적색초거성 베텔게우스를 고화질로 촬영해 낸 두 개 연구팀의 사진을 기반으로 분석한 베텔게우스의 모습을 보여주고 있다. 

베텔게우스와 베텔게우스가 뿜어낸 방대한 가스구름들이 차지하는 크기가 거의 태양계와 맞먹는 상태이다. 

베텔게우스 표면에는 거대한 거뿜들이 끓어오르고 있다. 

이번에 촬영된 사진들은 어떻게 이처럼 거대한 물질들이 어떻게 이처럼 막대한 속도로 뿜어져나오는지 설명할 수 있는 중요한 단서를 제공해 주고 있다. 

이 그림에는 베텔게우스의 반경 뿐 아니라 이를 태양계와 비교한 치수가 함께 제공되고 있다. 

 

 

Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

 

표1> 이 표는 유명한 별자리인 오리온자리에서 적색초거성 베텔게우스(오리온자리 알파별)의 위치를 보여주고 있다. 

이 지도에 담긴 별들은 하늘의 상태가 좋을 때 모두 맨눈으로 볼 수 있는 별들이다. 

베텔게우스의 위치가 붉은 색 원으로 표시되어 있다. 

베텔게우스는 맨눈으로도 볼 수 있지만 그 주위를 둘러싸고 있는 먼지는 가시광선 망원경으로는 볼 수 없다. 

 

각주 

[1] 베텔게우스의 불규칙한 표면은 별에서 끊이 없이 움직이다가 가라앉고 부풀어 오르는 거대한 대류성 조각들로 구성되어 있다.  

이 별은 마치 심장이 뛰듯이 맥동을 계속하고 있으며 밝기는 주기적으로 변화하고 있다. 

별의 활동이란 이러한 대류활동과 맥동활동에서 나타나는 변화를 말한다. 

 

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Photo Release  2020년 2월 14일자 

       https://www.eso.org/public/news/eso2003/   

         

참고 : 베텔게우스를 비롯한 각종 별들에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다. 
        https://big-crunch.tistory.com/12346972  

       

원문>

eso2003 — Photo Release

ESO Telescope Sees Surface of Dim Betelgeuse

14 February 2020

Using ESO’s Very Large Telescope (VLT), astronomers have captured the unprecedented dimming of Betelgeuse, a red supergiant star in the constellation of Orion. The stunning new images of the star’s surface show not only the fading red supergiant but also how its apparent shape is changing.

Betelgeuse has been a beacon in the night sky for stellar observers but it began to dim late last year. At the time of writing Betelgeuse is at about 36% of its normal brightness, a change noticeable even to the naked eye. Astronomy enthusiasts and scientists alike were excitedly hoping to find out more about this unprecedented dimming.

A team led by Miguel Montargès, an astronomer at KU Leuven in Belgium, has been observing the star with ESO's Very Large Telescope since December, aiming to understand why it’s becoming fainter. Among the first observations to come out of their campaign is a stunning new image of Betelgeuse’s surface, taken late last year with the SPHERE instrument.

The team also happened to observe the star with SPHERE in January 2019, before it began to dim, giving us a before-and-after picture of Betelgeuse. Taken in visible light, the images highlight the changes occurring to the star both in brightness and in apparent shape.

Many astronomy enthusiasts wondered if Betelgeuse’s dimming meant it was about to explode. Like all red supergiants, Betelgeuse will one day go supernova, but astronomers don’t think this is happening now. They have other hypotheses to explain what exactly is causing the shift in shape and brightness seen in the SPHERE images. “The two scenarios we are working on are a cooling of the surface due to exceptional stellar activity or dust ejection towards us,” says Montargès [1]. “Of course, our knowledge of red supergiants remains incomplete, and this is still a work in progress, so a surprise can still happen.”

Montargès and his team needed the VLT at Cerro Paranal in Chile to study the star, which is over 700 light-years away, and gather clues on its dimming. “ESO's Paranal Observatory is one of few facilities capable of imaging the surface of Betelgeuse,” he says. Instruments on ESO’s VLT allow observations from the visible to the mid-infrared, meaning astronomers can see both the surface of Betelgeuse and the material around it. “This is the only way we can understand what is happening to the star.”

Another new image, obtained with the VISIR instrument on the VLT, shows the infrared light being emitted by the dust surrounding Betelgeuse in December 2019. These observations were made by a team led by Pierre Kervella from the Observatory of Paris in France who explained that the wavelength of the image is similar to that detected by heat cameras. The clouds of dust, which resemble flames in the VISIR image, are formed when the star sheds its material back into space.

“The phrase ‘we are all made of stardust’ is one we hear a lot in popular astronomy, but where exactly does this dust come from?” says Emily Cannon, a PhD student at KU Leuven working with SPHERE images of red supergiants. “Over their lifetimes, red supergiants like Betelgeuse create and eject vast amounts of material even before they explode as supernovae. Modern technology has enabled us to study these objects, hundreds of light-years away, in unprecedented detail giving us the opportunity to unravel the mystery of what triggers their mass loss.”

Notes

[1] Betelgeuse's irregular surface is made up of giant convective cells that move, shrink and swell. The star also pulsates, like a beating heart, periodically changing in brightness. These convection and pulsation changes in Betelgeuse are referred to as stellar activity.  

More information

The team is composed of Miguel Montargès (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgium), Emily Cannon (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgium), Pierre Kervella (LESIA, Observatoire de Paris - PSL, France), Eric Lagadec (Laboratoire Lagrange, Observatoire de la Côte d'Azur, France), Faustine Cantalloube (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany), Joel Sánchez Bermúdez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City, Mexico and Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany), Andrea Dupree (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA), Elsa Huby (LESIA, Observatoire de Paris - PSL, France), Ryan Norris (Georgia State University, USA), Benjamin Tessore (IPAG, France), Andrea Chiavassa (Laboratoire Lagrange, Observatoire de la Côte d'Azur, France), Claudia Paladini (ESO, Chile), Agnès Lèbre (Université de Montpellier, France), Leen Decin (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgium), Markus Wittkowski (ESO, Germany), Gioia Rau (NASA/GSFC, USA), Arturo López Ariste (IRAP, France), Stephen Ridgway (NSF’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory, USA), Guy Perrin (LESIA, Observatoire de Paris - PSL, France), Alex de Koter (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Amsterdam University, The Netherlands & Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgium), Xavier Haubois (ESO, Chile), Eric Pantin (Laboratoire AIM, CEA/DRF - CNRS - Université Paris Diderot, France), Ralf Siebenmorgen (ESO, Germany).

The VISIR image was obtained as part of the NEAR science demonstration observations. NEAR (Near Earths in the AlphaCen Region) is an upgrade of VISIR, which was implemented as a time-limited experiment.

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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• Photos of the VLT

Contacts

Miguel Montargès
FWO [PEGASUS]² Marie Skłodowska-Curie Fellow / Institute of Astronomy, KU Leuven
Leuven, Belgium
Tel: +32 16 32 74 67
Email: miguel.montarges@kuleuven.be

Emily Cannon
Institute of Astronomy, KU Leuven
Leuven, Belgium
Tel: +32 16 32 88 92
Email: emily.cannon@kuleuven.be

Pierre Kervella
LESIA, Observatoire de Paris - PSL
Paris, France
Tel: +33 0145077966
Email: pierre.kervella@observatoiredeparis.psl.eu

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