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2012년 11월 19일 월요일

우주 이야기 126 - 현재까지 관측된 가장 큰 별은 ? (2012)



 3 년 전쯤 같은 주제의 포스트가 ( http://blog.naver.com/jjy0501/100084323902 ) 쓰였지만 그사이 세월이 흐르면서 이제 그 순위는 바뀔 필요가 생겼습니다. 새로운 연구 결과들에 의해서 크기에 대한 측정이 변했기 때문이죠. 사실 아주 가까이 존재하는 별이 아니라면 별의 정확한 크기를 측정하는 일은 쉽지 않을 수 있습니다.  

 특히 마지막 단계에서 사방으로 가스를 뿜어대는 거성이라면 더 그렇겠죠. 또 거리가 매우 먼 경우 상당 부분은 간접적인 방법에 기댈 수 밖에 없어서 순위는 계속 변할 수 있습니다. 그럼에도 새로운 내용을 배제하게 되면 최신의 연구 성과와는 다른 잘못된 내용이 전파될 우려가 있으므로 새로운 포스트를 작성하게 되었습니다. 일단 여기서는 부피를 기준으로 순위를 살펴보겠습니다.  


 과거 1위로 알려졌고 이전 포스트에서도 1 위로 소개했던 VY Canis Majoris 는 새로운 관측 결과에 의해 이전에 생각했던 것 보다 크기가 다소 작은 것으로 판단되고 있습니다. 이 별은 대략 3840 광년 정도 떨어진 것으로 생각되는 이 별은 대략 태양 질량의 17 ± 8 배 정도 되는 적색 극대거성 (Red Hypergiant) 으로 일생의 최후 단계에서 거대하게 부풀어 오른 상태입니다.  


 문제는 이런 단계에서 크기 측정은 불확실성을 가질 수 밖에 없다는 것이겠죠. 사실 이 별은 다른 거대한 적색 거성들과 마찬가지로 그 밀도가 대단히 희박합니다. 그 대략적인 밀도는  0.000005 - 0.000010 kg/m3  수준으로 사실 해수면 높이에서 지구 대기의 1/1000 수준도 안되는 정도입니다. 거기에다 말기에 이른 적색 거성들이 대개 그렇듯이 사방으로 가스를 잃고 있어 주변으로 이 보다 더 낮은 밀도의 주변 가스가 존재합니다. 따라서 정확히 어디가 표면인지 판단하기조차 애매한 부분이 존재합니다.  


 2012 년에 나온 새로운 연구들에 의하면 이 별의 지름은 이전 측정보다 낮은 태양의 1420 ± 120 배 수준으로 판단되었습니다. (즉 반지름이 6.6 AU 정도) 이 정도만 해도 엄청난 크기이긴 하지만 1위 자리에서는 이제 내려올 시간입니다. 물론 추가 관측을 통해 정정될 여지는 여전히 남아있지만 말이죠. (1) 




(허블 우주 망원경이 본 실제 VY Canis Majoris 의 관측 모습. 주변 가스로 인해 정확한 크기를 측정하는데 어려움이 존재  Source : Hubble site ) 


 VY Canis Majoris 를 대신할 새로운 최대 부피 항성이 후보들은 역시 여러개 존재합니다. 그 중에서 2012 년 기준으로 가장 커보이는 별은 NML Cygni (V1489 Cygni ) 입니다. 이 항성은 대략 지구에서 5300 광년 정도 떨어져 있는 적색 초거성 ( red supergiants (RSGs)) 으로 대략 태양 질량의 25 - 40 배 수준의 질량과 1650 배 수준의 반지름을 가진 것으로 생각됩니다. (즉 7.6 AU) (2) 물론 이 별 역시 주변에 가스와 먼지로 정확한 관측이 방해 받고 있습니다. 

 두번재 후보는 WOH G64 로 최소한 대마젤란 은하 (LMC  Large Magellan Cloud) 에서 가장 큰 별로 생각되고 있습니다. 이웃한 위성 은하에 있기 때문에 그 거리는 꽤 멀어서 16만 3000 광년 정도로 생각되고 있습니다. 질량은 태양의 16 -22 배 사이로 추정되며 그 지름은 대략 태양의 1540 배 정도 수준인 것으로 생각되고 있습니다. (3) 


 따라서 오차 범위에서 생각할 때 1 위 후보라고 생각할 수 있습니다. 이 별 역시 가스로 뒤덥혀 있는 말기의 적색 초거성인데 이전에도 1 위 후보로 생각되었으나 당시에는 VY Canis Majoris 보다 약간 작은 것으로 추정되었습니다. 이 별 역시 거대한 가스구름이 주변에 존재합니다. 다른 후보들보다 상대적으로 멀리 떨어져 있어 정확한 크기 추정이 다소 어려운 부분이 있습니다.    



(WOH G64  의 아티스트 컨셉.    Source  : ESO  )   


 그 다음 후보로 생각할 수 있는 별은  VX Sagittarii 으로 그 추정 크기는 WOH G64 와 거의 유사합니다. 이 별은 지구에서 5150 광년 정도 떨어져 있는데 위에서 언급한 이유 (즉 멀리 떨어져 있고 주변에 가스가 존재) 외에 크기가 불규칙한 맥동 변광성  (Pulsating variable star ) 이기 때문에 그 크기를 추정하기가 만만치 않지만 대략 태양 지름의 일부 연구는 대략 1500 배 정도로 추정하기도 했고 그보다 작다는 연구도 있습니다. (4,5) 


 이런 측정의 어려움을 더 극적으로 보여주는 별들도 존재하는데 KY Cygni 가 그 대표적인 사례입니다. 이 별은 역시 지구에서 5000 광년 떨어져있으며 태양 질량의 25 배 정도 되는 되는 말기형 적색 초거성 red supergiants (RSGs) 으로 역시 위의 후보들 처럼 태양의 수십만배 밝기로 빛나면서 곧 최후를 맞이할 준비를 하고 있습니다. 아마도 대략 이 별의 반지름은 태양 반지름의 1500 배 선인 것 같은데 여러 연구에서 가장 높은 값이 다양하게 나와서 이중 가장 큰 값은 3000 배에 가깝지만 이는 약간 가능성이 떨어지는 것 같습니다.  (6)


 기타 후보들로 RW Cephei, PZ Cassiopeiae, VV Cephei A, Mu Cephei 등이 존재합니다. 이 중에서 세페우스자리 VV(VV Cephei) A 별은 육안으로 희미하게 보이는 별이고 이전에는 우주에서 관측된 가장 큰별 2,3 위 후보로 오르기도 했던 변광성입니다. 이들도 역시 위에서 언급한 문제가 존재하며 지구에서 수천광년 이상 떨어져 있습니다. 


 2009 년 포스트를 작성한지 3 년이 흘렀을 뿐이지만 이제는 VY Canis Majoris 가 가장 부피가 큰 별이라고 믿을 확실한 증거는 없어졌습니다.  이전에 소개된 내용 때문에 아직도 그렇게 인터넷 상에 돌아다니긴 하지만 학문은 끊임 없이 발전하는 법이니까요. 또 가장 무거운 별 역시 R136a1 이 ( http://blog.naver.com/jjy0501/100141610757  참조) 새로운 후보로 올라온 상태입니다. 사실 이 별들이 지구에서 대부분 5000 년 광년 내외 위치 하거나 아니면 대마젤란 은하에 위치했다는 것은 아직 인간이 관측한 부분이 얼마 안된다는 것을 의미할 수도 있습니다. 


 사실 우리가 크기를 대충이라도 추정할 수 있는 별은 우주 전체를 통들어서 많지 않기 때문에 인간의 힘으로 우주에서 가장 큰 별을 찾기는 어려운 과제일 수도 있겠죠. 하지만 과연 무거운 별들이 최후에 어떤 일을 맞이하는지에 대한 학문적 호기심과 연구 때문에 미래에도 이른 초거성과 극대거성에 대한 연구는 계속될 것 같습니다. 이 내용을 참고하시려는 분들은 미래에 새롭게 등장하게 될 연구 결과에 따라 위에 설명한 내용들이 모두 변경의 가능성이 있다는 것을 참조하시기 바랍니다.  



 Reference  

 1. Wittkowski, M.; Hauschildt; Arroyo-Torres, B.; Marcaide, J.M. (5 April 2012). "Fundamental properties and atmospheric structure of the red supergiant VY CMa based on VLTI/AMBER spectro-interferometry". Astronomy & Astrophysics 540: L12. arXiv:astro-ph/1203.5194

 2.  b. Zhang, B.; m. j. Reid, M. J.; k. m. Menten, K. M.; x. w. Zheng, X. W.; a. Brunthaler, A. (2012). "The distance and size of the red hypergiant NML Cygni from VLBA and VLA astrometry". Astronomy & Astrophysics 544: A42. doi:10.1051/0004-6361/201219587  

 3. Levesque, E. M.. "WOH G64: The Largest Star Known?". Astronomical JournalarXiv:0903.2260Bibcode 2009AJ....137.4744L.doi:10.1088/0004-6256/137/6/4744

 4. Nicolas Mauron; Eric Josselin (2010). "The mass-loss rates of red supergiants and the de Jager prescription".arXiv:1010.53691

 5. A. Chiavassa, S. Lacour, F. Millour4 et al VLTI/AMBER spectro-interferometric imaging of VX Sagittarii's inhomogenous outer atmosphere  Astronomy & Astrophysics Volume 511, February 2010


 6. The Effective Temperature Scale of Galactic Red Supergiants: Cool, but Not As Cool As We Thought", Emily M. Levesque, Philip Massey, K. A. G. Olsen, Bertrand Plez, Eric Josselin, Andre Maeder, and Georges Meynet, The Astrophysical Journal 628, #2 (August 2005), pp. 973-985, doi:10.1086/430901



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