NGC 2808:구상성단에서 별이 여러 시점에 만들어질 수 있는가에 대한 의

NGC2808, 용골자리 : 거리는 약 3만광년 떨어져 있으며, 아래 사진의 가로 길이는 24광년에 해당한다.

 

 

<이 사진은 구상성단 NGC2808의 중심부, 별들이 빽빽하게 밀집해 있는 부분을 촬영한 것이다.

천문학자들은 이 별무리들이 3개의 서로 다른 세대를 가지고 있다는 허블의 관측 결과를 보고 깜짝 놀라지 않을 수 없었다.

왜냐하면 이러한 관측 결과는 구상성단을 구성하고 있는 별들은 모두 같은 시대, 같은 장소, 같은 성분을 공유하는 단 한 번의  별 생성시기를 갖는다는 기존의 표준관점에 완전히 배치되는 것이기 때문이다.>

 

천문학자들은 구상성단의 경우 성단 탄생 초기에 단 한 번, 대량의 별들을 만들어내는 일종의 베이비붐 시기를 거친 후, 정적인 상태로 고착되는 것으로 오랫동안 생각해왔다.

그러나 허블 망원경의 새로운 관측자료를 보면 이러한 관점이 너무나 단순한 생각이 아니었는가 하는 의심이 들게 한다.

거대한 규모의 구상 성단인 NGC2808의 분석 자료에 의하면 이 성단의 탄생 초기에 별들을 대량으로 만들어냈던 배이비붐 시기가 3번 있었던 것으로 보인다.

 

이와 같은 발견을 이끈 연구팀의 리더인 이탈리아 파도바 대학의 기암파올로 피오토는 이러한 현상이 이전에는 결코 추측된 적도 없는, 완전히 충격적인 사실이라고 밝혔다.

 

구상성단은 은하의 생성초기에 탄생한 성단으로 우리 은하의 터줏대감이다.

이들 구상성단들은 중력장 내에 수십만개의 별들을 단단히 붙들고 있는 전형적인 별무리 천체들이다.

 

구상성단의 전형적인 패턴과 NGC2808의 특이한 현상에 대해, 연구팀원중 한 명인 루이지 베딘의 설명은 다음과 같다.
"구상성단의 일반적인 모형에 대한 기술에서는, 구상성단을 구성하고 있는 모든 별들이 같은 시기에, 같은 장소에서, 같은 원소로 형성되었고 수십억년동안 같이 성장해 왔다고 설명하고 있습니다. 구상성단은 별들의 생성에 관한 연구에 있어 상당부분을 차지하는 하나의 주춧돌과 같습니다.

그래서 NGC2808에서 서로 다른 세대의 별들을 발견하곤 놀랄 수 밖에 없었던 것입니다.
대부분의 별들은 이 거대한 성단의 연령 125억년 중 초기 2억년 정도에 생성되었습니다."

 

연구원들은 구상성단에서 서로 다른 세대에 속한 별들이 발견된 것은 이 우주가 매우 심오한 우주적 연관성으로 얽혀있음을 의미하는 것이라고 말했다.

피오토는 이번 허블의 관측 결과에서 나타난 바와 같이, 여러 세대의 별들이 존재하는 구상성단의 수수께끼를 풀기위해 더 노력을 기울여야 하며 언젠가는 초기우주의 멀리 떨어진 은하들에서 어떻게 별들이 생성되었는지를 이해할 수 있을 것이라고 말했다.

 

천문학자들은 이 성단의 별들의 밝기와 빛깔을 측정하기 위해 허블의 ACS(Advanced Camera for Surveys) 카메라를 이용했는데 이를 통해 얻은 고해상도의 이미지를 통해 서로다른 세대의 별들을 구별해 낼 수 있었다.

 

 

 

<이 그림은 허블의 데이터로부터 얻어진 헤르츠스프룽-러셀 다이어그램의 단순화 버전으로, 구상성단 NGC2808의 별들의 밝기(세로축)와 색깔 및 온도(가로축) 그래프이다. 온도가 낮은 별일수록 붉은 빛이 나타나고 밝기가 줄어든다. 왼쪽으로 갈수록 푸른 빛을 띄며, 오른쪽으로 갈수록 붉은 빛을 띤다.

위쪽에 가까울수록 밝은 별이다. 세 개의 서로다른 곡선은 NGC2808에서 나타나는 서로 다른 세대에 형성된 별들의 패턴을 나타낸다.>

 

허블은 아주 근소한 차이로 푸른 빛의 차이를 보이는 독립적으로 떨어져 있는 세개의 서로 다른 세대의 별들을 측정해 냈다.
이러한 빛깔의 작은 차이는 각 세대 간 화학적 원소의 혼합 차이에서 발생하는 것임을 보여준다.

 

이에 대한 연구원 이반 킹의 설명은 다음과 같다.
"비록 직접적인 증거를 가지고 있는 것은 아니지만 한 가지 가정을 해 본다면, NGC 2808과 같은 거대 질량의 성단들은 아주 빠르게 별들을 만들어낼 수 있을 정도로 고온을 충분히 만들어낼 가스들을 가지고 있긴 하지만, 각 세대간 나타는 푸른빛의 차이는 각각의 세대에서 헬륨의 양이 증가하고 있는 것을 반영하는 것으로 생각할 수 있습니다.

별들의 탄생은 일반적으로 초신성의 충격파에 의해 가속화되고, 거대한 별로부터 불어오는 별폭풍에 의해 가스가 압축되면서 이루어집니다.
가스들이 증가하면서 앞선 세대의 별들보다 더 많은 헬륨을 소유하고 태양보다 훨씬 큰 질량의 별들이 생성된 것 같습니다."

천문학자들은 대체적으로 구상성단에서는 단 한 번, 한 세대의 별들을 생성해내는 것으로 가정해왔다.
왜냐하면 최초 일련의 별들로부터 발생한 에너지 복사가 더 많은 별들을 생성하는데 필요한 잔여 가스들을 모두 쓸어내 버리기 때문이다.

그러나 NGC2808과 같이 일반적인 구상성단에 비해, 2~3배 더 무거운 질량을 가진 성단은 아마도 그들의 중력장에 가스들이 붙잡히면서 첫 세대의 별들로부터 풍부한 헬륨을 얻게 되는 것으로 추측된다.

 

우리 은하에는 약 150개 정도의 구상성단이 알려져 있는데 그 중 NGC 2808은 약 100만개 이상의 별을 소유한 가장 무거운 성단 중 하나이다.

복수 세대의 별들이 존재하는 것에 대한 또 다른 가능성은 아마 NGC2808이 마치 구상성단인 것 처럼 보인 것 뿐이라는 가정이다.

왜소은하와 같은 일단의 별무리들은 대부분의 구성 물질들을 우리 은하의 중력의 영향으로 빼앗기게 된다.

피오토 팀이 발견한 복수 세대의 별들로 구성된 항성계중 하나인 오메가 센타우리의 경우는 왜소은하의 중심 부근의 잔존물만이 남아 있는 것으로 의심된다고 베딘은 설명했다.

비록 천문학자들의 연구는 아직 초기상태이지만 이들은 복수 세대의 별무리는 다른 무거운 성단에서는 전형적으로 일어나는 현상이라고 말한다.

비록 이번 결과를 통해 아무도 다른 성단에 대한 이전의 연구가 더 이상 유효한 것이 아니라는 급진적인 선언을 하지는 않을 것이지만, 이번 발견으로 구상성단에서 별의 생성에 대한 새로운 지침이 생겼다는 것을 보여주고 있다고 연구원 킹은 말했다.

 

이 팀은 칠레에 있는 유럽남반구천문대의 초거대망원경을 이용하여 NGC2808의 화학분포를 분광관측할 예정이며, 이를 통하여 별들이 서로 다른 시대에 탄생했다는 증거와 어떻게 이들이 생성되었는지에 대한 실마리를 얻을 수 있을 것이다.

또한 이들은 허블을 이용하여 약 10배 정도 더 무거운 구상성단에서 서로 다른 세대의 별들이 존재하는지 여부를 확인할 것이다.

이 팀의 연구는 Astrophysical Journal Letters에 게재될 예정이다.

 

팀원은 다음과 같다.
G. Piotto, A.P. Milone, and S. Villanova (University of Padua [Padova])
L.R. Bedin (European Space Agency, European Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere,
and Space Telescope Science Institute),
J. Anderson (Rice University),
I.R. King (University of Washington), S. Cassisi and A. Pietrinferni (INAF- Astronomical Observatory of Collurania, Teramo),
and A. Renzini (INAF-Astronomical Observatory of Padua [Padova]).

 

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