큰개자리 VY별 (VY Canis Majoris)

사진설명>허블광대역행성형카메라2에 의해 촬영된 왼쪽의 이미지는 폭발로부터 발생한 파편과 아치, 각종 먼지들로 이루어진 큰개자리 VY별(VY Canis Majoris) 주위의 복잡한 모습을 보여주고 있다.
아 사진은 밝은 아치와 점들이 수차례의 폭발로 인해 발생했음을 처음으로 알려주었다.

다양하게 나타나고 있는 아치의 방향을 볼 때, 별의 표면 중 활동이 계속되고 있는 각각의 특정지역에서 발생한 것임을 알 수 있다.
이 사진은 3원색필터와 근적외선 필터로 촬영된 이미지를 조합한 것이다.
허블 ACS의 편광필터로 촬영된 오른쪽 사진은 파편들의 분출양상을 3차원이미지로 보여주고 있다.

별 주위의 먼지들은 별로부터 생성된 것이며 이 먼지들에 별빛이 편광되어 나타나고 있다.
편광이미지는 특정방향으로만 진동하는 빛 이외의 다른 빛들을 차단하여 만들어지는 것인데 이 사진은 3원색의 편광필터로 얻어진 각각의 이미지를 조합하여 만들어진 것이다.
분출물질들의 속도는 켁 천문대의 10미터 망원경에 의해 얻은 스펙트럼 분석을 통해 측정했다.

천문학자들은 이 자료를 6년 간격으로 촬영한 허블의 파편 분출양상과 비교했다.

연구팀은 이러한 비교를 통해 이 별의 각각 다른 지역에서 독립적으로 발생한 폭발에서 생성된 것으로 확인된  수많은 아치와 고리, 점들이 서로다른 속도, 서로다른 방향으로 발생하고 있음을 알아냈다.
이 사진에서 부각되어 보이는 상단 오른쪽의 아치는 500년 전에 분출된 것으로 시속 165,600킬로미터의 속도로 움직이고 있으며 중심부근에서 움직이고 있는 점들은 시속 129,600킬로미터로 움직이고 있다.
이 별은 지구로부터 5천 광년 떨어져 있으며, 적색거성으로 알려진 별들 중 가장 밝고, 가장 규모가 큰 별들 중 하나로서, 질량은 태양보다 30~40배, 밝기는 50만배에 달한다.
광대역행성형카메라2의 이미지는 2999년 3월 22일, 2006년 6월 13일 촬영되었으며 ACS의 이미지는 2004년 8월 17일 촬영되었다.
  
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허블 우주망원경과 하와이 켁 천문대의 관측자료를 통해 원래 생각되던 것보다 훨씬 복잡한 양상으로 가스를 방출하고 있는  거대한 크기의 밝은 별을 관측하였다. 

가스의 폭발적인 방출은 큰개자리 VY 별로부터 발생하고 있는데 이 별은 적색거성이면서 그 광도가 매우 높아 하이퍼자이언트(hypergiant)로 분류되는 별이다.

 

폭발로부터 고리와 아치 그리고 여러 방향에 다양한 속도로 분출된 파편들의 조각들이 형성되었다.

이 별은 수명의 마지막 주기에 접어든 지난 1,000년동안 수차례의 폭발을 계속해 오고 있다.

연구를 이끌고 있는 미네소타 대학의 로베르타 험프리(Roberta Humphreys)는 허블 우주 망원경과 켁 천문대를 통해 이 천체에서 방출되는 물질의 운동양상과 특정한 방향으로 빛을 반사시키는 편광 먼지들의 분포양상을 측정했다.

평광양상은 이 천체로부터 분출된 먼지들이 어떻게 분포되어 있는지를 보여준다.

천문학자들은 허블과 켁 천문대의 관측자료를 기반으로 큰개자리 VY 별로부터 방출되는 물질의 3차원 이미지를 만들어냈다.

이 연구의 의미에 대한 험프리의 평가는 다음과 같다.
"우리는 거대한 질량을 지닌 적색 거성들의 폭발 양상은 매우 단순하고 폭발 물질을 바깥방향으로 둥그런 구형 모양으로  방출한다고 생각했었습니다. 
그러나 큰개자리 VY 별의 폭발 양상은 매우 복잡했습니다.
큰개자리 VY 별은 거대한 양의 가스를 매우 엄청난 비율로 뿜어내고 있는데, 이번 관측을 통해 생명주기에 막바지에 다다른 초거대 질량의 별들이 그들의 구성물질을 잃어가는데 대한 가장 중요한 지식을 얻을 수 있을 것입니다.

이번 관측으로 별에서 각각 다른 지역에서 다른 시간대에 폭발한 지점을 찾을 수 있었고 파편의 분출방향과, 공간분포양상의 변화에 대한 완벽한 이미지를 얻었습니다"

험프리와 그의 동료들은 이번 발견을 2007년 1월 8일 미국천문학회에서 발표했다.

천문학자들은 큰개자리 VY 별을 1세기 이상 연구해왔다.

지구로부터 5천 광년떨어져 있는 이별은 태양에 비해 질량은 30~40배, 밝기는 무려 50만배에 달한다.

이 천체가 지금 태양의 위치에 있었다면 그 표면이 토성의 공전궤도까지 덮었을 것이다.

 

이 천체의 복잡한 분출양상을 처음으로 밝혀내는데 허블 광대역 행성형 카메라2가 사용되었다.

허블을 통해 얻은 첫번째 이미지는  밝은 아치와 점들이 수차례의 폭발로 인해 발생했음을 알려주었다.

또한 다양한 방향으로 발생한 아치모양은 이 별의 표면에 활성지역들이 분포하고 있으며 이 활성지역에서 아치가 생성되었음을 말해주고 있다.

험프리와 그의 동료들은 켁 천문대의 분광분석을 통해 이 천체의 모양과 운동양상, 그리고 폭발이 발생한 지역을 알 수 있었다.

분광분석을 통해 측정된 시선(천체와 관찰자를 연결하는 직선)의 빠른 변화는 아치들과 점들이 별과 비례하여 확장되고 있음을 보여준다.

연구팀은 최근에 얻은 허블의 이미지를 통해 시선을 가로질러 운동하는 분출물들을 측정했는데,각각 다른 지역에서 독립적으로 발생한 폭발에서 생성된 것으로 확인된 수많은 아치와 고리, 점들이 서로 다른 속도, 서로 다른 방향으로 발생하고 있음을 알아냈다.

천문학자들은 폭발이 발생할 때마다 이러한 양상을 확인하기 위해 측정자료들을 활용하곤 한다.

최초에 발생한 파편분출이 1,000년 전에 발생한 것임에 반해, 별에 가까이 위치한 먼지들은 50여년 전에 발생한 것으로 추측된다.

아치와 점들로 나타나고 있는 가스분출물의 질량으로 추측컨대, 이 물질들은 태양의 흑점이나 자기장을 동반한 홍염과 같은, 그러나 훨씬 방대한 스케일로 발생하는  큰개자리 VY 별의 흑점 또는 표면의 대류발생지점에서 분출된 것으로 추측된다.

우리 태양에서 발생하는 자기장에 비교될만한, 표면에서 발생하는 강력한 에너지장에 대응되는 자기장이 큰개자리 VY 별의  분출물에서 관측되었는데 이러한 관측결과는 파편들이 초거대 항성의 자기장으로부터 충분한 에너지를 공급받고 있음을 보여준다.

천문학자들은 이 관측자료들을 통해 물질의 분출속도와 방향을 그려냈다.

분출 먼지들의 분포양상을 조합하면, 아치와 점들의 위치를 판명할 수 있고 VY Canis Majoris와 그 분출물들의 모양을 3차원으로 구성할 수 있다.

험프리는 이번 관측을 통해 거대한 별들이 일생을 차지하는 한 부분을 파악할 수 있을 것이며, 대부분의 찬란한 적색 거성들은 그들의 삶의 마지막 단계에 이르기 전에 큰개자리 VY 별과 같이 엄청난 양의 파편을 쏟아내는 경험을 하게 될 것이라고 말했다.

별의 적색 거성단계는 일반적으로 50만 년동안 지속된다.

무거운 별들은 수명의 마지막 단계에 이르렀을 때 가지고 있는 모든 수소 연료를 잃어버린 적색 거성이 된다.

별의 핵이 중력한계(찬드라세카르 한계) 이하로 수축될수록 표면은 팽창하게 되며 그 크기가 100배 정도로 팽창했을 때, 빠른 속도로 구성물질을 쏟아내기 시작한다.

큰개자리 VY 별은 현재 반 정도의 질량을 쏟아낸 것으로 추측되며, 결국 초신성폭발을 일으키게 될 것이다.

 

 

* '허블사이트'의 게시물들은  허블사이트 http://hubblesite.org 의 뉴스센터 자료들을 번역한 자료들입니다.

   본 내용은 2007년 1월 8일 발표된 뉴스입니다.

 

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

 

원문>

 

사진설명>

These NASA Hubble Space Telescope images show the outflow from one of the brightest hypergiant stars in the sky, VY Canis Majoris.

The image on the left, taken with Hubble's Wide Field and Planetary Camera 2, reveal its complex circumstellar ejecta, with arcs, filaments, and knots of material formed by the massive outflows. This image provided the first evidence that the brightest arcs and knots were created during several outbursts. The random orientations of the arcs also suggested they were produced by localized eruptions from active regions on the star's surface. This is composite picture from separate images taken in blue, green, red, and near-infrared light.

The image at right, taken with the Advanced Camera for Surveys, was made with polarizing filters to show how the dust ejected by the star is distributed in three-dimensional space. The light from the star becomes polarized when it is reflected off the dust. The dust formed around the star and was driven into space. To see the polarized light, astronomers used a polarizing filter, which lets through only light vibrating in one direction and blocks out light vibrating in other directions. Astronomers assembled this picture from separate images taken at three different polarization angles, colored red, green, and blue.

They measured the velocities of the ejecta from spectra obtained with the Keck 10-meter telescope. They also compared the ejecta's expansion taken with Hubble six years apart. These observations showed that the numerous arcs, loops, and knots were moving at different speeds and in various directions, confirming they were produced from separate events and from different locations on the star. The prominent arc to the northwest or upper right in the Hubble image is moving at 102,700 miles an hour (165,600 kilometers an hour), and was ejected about 500 years ago. The knots near the center of the image are traveling at 80,400 miles an hour (129,600 kilometers an hour).

The star, located 5,000 light-years away, is one of the largest and one of the most luminous evolved stars known. It is 500,000 times brighter and about 30 to 40 times more massive than the Sun.

The Wide Field and Planetary Camera 2 observations were taken March 22, 1999 and June 13, 2005. The Advanced Camera for Surveys images were taken Aug. 17, 2004.

For additional information, contact:

Roberta Humphreys
University of Minnesota, Minneapolis, MN
(Phone: 612-624-6530; E-mail: roberta@isis.spa.umn.edu)

Object Name: VY Canis Majoris

Image Type: Astronomical/Illustration

Credit: NASA, ESA, and R. Humphreys (University of Minnesota)

 

Full Story>

Using NASA's Hubble Space Telescope and the W.M. Keck Observatory, Kameula, Hawaii, astronomers have learned that the gaseous outflow from one of the brightest super-sized stars in the sky is more complex than originally thought.

The outbursts are from VY Canis Majoris, a red supergiant star that is also classified as a hypergiant because of its very high luminosity. The eruptions have formed loops, arcs, and knots of material moving at various speeds and in many different directions. The star has had many outbursts over the past 1,000 years as it nears the end of its life.

A team of astronomers led by Roberta Humphreys of the University of Minnesota used NASA's Hubble Space Telescope and the W.M. Keck Observatory to measure the motions of the ejected material and to map the distribution of the highly polarized dust, which reflects light at a specific orientation. The polarized light shows how the dust is distributed. Astronomers combined the Hubble and Keck information to produce a three-dimensional image of the matter emitted from VY Canis Majoris.

"We thought mass loss in red supergiants was a simple, spherical, and uniform outflow, but in this star it is very complex," Humphreys said. "VY Canis Majoris is ejecting large amounts of gas at a prodigious rate and is consequently one of our most important stars for understanding the high-mass loss episodes near the end of massive star evolution. During the outbursts, the star loses about 10 times more mass than its normal rate.

"With these observations, we have a complete picture of the motions and directions of the outflows, and their spatial distribution, which confirms their origin from eruptions at different times from separate regions on the star."

Humphreys and her collaborators presented their findings today (Jan. 8) at the American Astronomical Society meeting in Seattle, Wash.

Astronomers have studied VY Canis Majoris for more than a century. The star is located 5,000 light-years away. It is 500,000 times brighter and about 30 to 40 times more massive than the Sun. If the Sun were replaced with the bloated VY Canis Majoris, its surface could extend to the orbit of Saturn.

Images with Hubble's Wide Field and Planetary Camera 2 revealed for the first time the complexity of the star's ejecta. The first images provided evidence that the brightest arcs and knots were created during several outbursts. The random orientations of the arcs also suggested that they were produced by localized eruptions from active regions on the star's surface.

With spectroscopy obtained using the Keck Telescope, Humphreys and her team learned more about the shape, motion, and origin of the star's outflow. Line of sight velocities, measured from the spectra, showed that the arcs and knots were expanding relative to the star. With recently obtained Hubble images, the group measured the ejecta's motions across the line of sight.

The team found that the numerous arcs, loops, and knots were moving at different speeds and in various directions, confirming they were produced from separate events and from different locations on the star.

The astronomers also used the measurements to determine when the outbursts happened. The outermost material was ejected about 1,000 years ago, while a knot near the star may have been ejected as recently as 50 years ago.

The arcs and knots represent massive outflows of gas probably ejected from large star spots or convective cells on the star's surface, analogous to the Sun's activity with sunspots and prominences associated with magnetic fields, but on a vastly larger scale. Magnetic fields have been measured in VY Canis Majoris's ejecta that correspond to field strengths on its surface comparable to the magnetic fields on the Sun. These measurements show that the supergiant star's magnetic fields would supply sufficient energy for these massive outflows.

The astronomers used the measurements to map the velocity and direction of the outflows with respect to the embedded star. When combined with the dust distribution map, they also determined the location of the arcs and knots, yielding the three-dimensional shape of VY Canis Majoris and its ejecta.

"With these observations, we may have captured a short-lived phase in the life of a massive star," Humphreys said. "The most luminous red supergiants may all eventually experience high-mass loss episodes like VY Canis Majoris before ending their lives."

The typical red supergiant phase lasts about 500,000 years. A massive star becomes a red supergiant near the end of its life, when it exhausts the hydrogen fuel at its core. As the core contracts under gravity, the outer layers expand, the star gets 100 times larger, and it begins to lose mass at a higher rate. VY Canis Majoris has probably already shed about half of its mass, and it will eventually explode as a supernova.

CONTACT

Donna Weaver
Space Telescope Science Institute, Baltimore
(Phone: 410-338-4493)

Roberta Humphreys
University of Minnesota, Minn.
(Phone: 612-624-6530)