변광성이란 밝기가 변하는 별입니다. 이 중에서 가장 유명하고 육안으로도 관측이 가능한 별 중에 알골 (Algol (Beta Per, β Persei, β Per)) 이 있습니다. 알골은 2일 20 시간 49 분 (2.867 일) 간격으로 밝기가 2.1 등급에서 3.4 까지 변하게 됩니다. 그 이유는 주성인 알골 A (Algol) 주변을 알골 B (Algol) 가 공전하면서 그 앞을 가리기 때문입니다.
그 이유를 알 수 없었던 고대인들도 이 별이 밝기가 주기적으로 변한다는 사실은 알았기 때문에 이 별을 악마의 별 혹은 불길한 별로 여겼습니다. 알골이라는 뜻은 아라비아어의 라스 알 굴 (رأس الغول ra's al-ghūl), 즉 구울 (악귀) 의 머리라는 단어에서 유래된 것으로 영어로는 악마의 별 (Demon Star) 라고 번역 되어 왔습니다. 히브리어에서는 사탄의 머리 (Rōsh ha Sāṭān) 라는 명칭으로도 불렸고 라틴어로는 유령의 머리 (Caput Larvae or "the Spectre's Head") 등 비슷한 의미의 뜻으로 불렸는데 이는 이 별이 페르세우스 자리에서 메두사의 머리에 해당하는 부위에 있는 것과 관계가 있습니다.
오늘날 과학자들은 알골이 매우 독특한 삼성계 시스템이라는 것을 잘 알고 있습니다. 가장 큰 별인 알골 A 는 태양 질량의 3.59 배 정도 되는 별로 지름은 태양의 4.13 배, 밝기는 태양의 98 배에 달하며 분광형은 B8V 입니다. 알골 A 주변을 공전하는 동반성 알골 B 는 이보다 훨씬 작은 별로 태양질량의 0.79 배 정도 질량인데 지름은 태양의 3 배, 밝기는 3.4 배에 달합니다. (분광형은 K0IV) 알골 A 의 표면 온도는 9200 K 지만 알골 B 의 표면온도는 4500 K 정도로 낮고 밝기 또한 낮기 때문에 지구에서 봤을 때 알골 B 가 알골 A 앞을 지나면 어둡게 보이는 것입니다.
그런데 알골 B 의 존재는 처음에 천문학자들을 당혹시켰습니다. 왜냐하면 이 별은 이미 준거성 단계에 접어들어 부풀어 오른 별이기 때문이죠. 질량은 태양보다 작은데 크기는 태양보다 더 큰 이유는 여기에서 비롯됩니다. 그런데 질량이 더 큰 동반성 A 는 아직 주계열성 단계인데 왜 질량이 작은 B 가 먼저 준거성이 된 것일까요 ?
여기에 대한 가장 그럴 듯한 답변은 알골 B 가 부풀어오르면서 매우 가까운 거리에 공전하고 있는 알골 A 에게 대부분의 물질을 빼앗겼기 때문이라는 것입니다. 본래는 두개의 별 가운데 알골 B 가 더 질량이 큰쪽으로 연료를 대부분 소진시키고 적색 거성으로 진화하는 단계인 준 거성 단계에 이르렀는데 그렇게 되자 불과 0.062 AU (약 930 만 km) 거리에서 공전하는 알골 A 가 알골 B 의 가스를 흡수해 거대해지는 현상이 발생한 것 같습니다.
(Algol B orbits Algol A. This animation was assembled from 55 images of the CHARA interferometer in the near-infrared H-band, sorted according to orbital phase. Because some phases are poorly covered, B jumps at some points along its path.
Algol (β Persei) is a triple-star system (Algol A, B, and C) in the constellation Perseus, in which the large and bright primary Algol A is regularly eclipsed by the dimmer Algol B every 2.87 days. The eclipsing binary pair is separated by only 0.062 astronomical units (AU) from each other, so close in fact that Algol A is slowly consuming the less massive Algol B by continually stripping off Algol B's outer layers. This animation was assembled from 55 images of the CHARA interferometer in the near-infrared H-band, sorted according to orbital phase. Because some phases are poorly covered, B jumps at some points along its path. The phase of each image is indicated at the lower left. The images vary in quality, but the best have a resolution of 0.5 milliarcseconds, or approximately 200 times better than the Hubble Space Telescope. (A milliarcsecond is about the size of a quarter atop the Eiffel Tower as seen from New York City.) Tidal distortions of Algol B giving it an elongated appearance are readily apparent. Tidal distortions also result in "gravity darkening" effects, whereby in a significant number of images of Algol B, the edge or "limb" of the image is actually brighter than the center. (Baron et al., 2012) Credit : CC BY-SA 3.0)
Algol (β Persei) is a triple-star system (Algol A, B, and C) in the constellation Perseus, in which the large and bright primary Algol A is regularly eclipsed by the dimmer Algol B every 2.87 days. The eclipsing binary pair is separated by only 0.062 astronomical units (AU) from each other, so close in fact that Algol A is slowly consuming the less massive Algol B by continually stripping off Algol B's outer layers. This animation was assembled from 55 images of the CHARA interferometer in the near-infrared H-band, sorted according to orbital phase. Because some phases are poorly covered, B jumps at some points along its path. The phase of each image is indicated at the lower left. The images vary in quality, but the best have a resolution of 0.5 milliarcseconds, or approximately 200 times better than the Hubble Space Telescope. (A milliarcsecond is about the size of a quarter atop the Eiffel Tower as seen from New York City.) Tidal distortions of Algol B giving it an elongated appearance are readily apparent. Tidal distortions also result in "gravity darkening" effects, whereby in a significant number of images of Algol B, the edge or "limb" of the image is actually brighter than the center. (Baron et al., 2012) Credit : CC BY-SA 3.0)
알골 A/B 는 지구에서 약 92.8 광년 떨어져 있기 때문에 구체적으로 B 가 A 앞을 가리는 영상을 직접 디테일하게 확인하기는 어려웠습니다. 그러나 2012 년 카라 간섭계 (CHARA interferometer) 를 이용해 근적외선 H - 밴드 이미지를 통해서 허블 우주 망원경으로 볼 수 있는 것보다 200 배나 높은 해상도로 적외선 이미지를 얻는 데 성공했습니다.
위의 사진은 55 장의 이미지를 합친 것으로 이제는 낮은 밀도의 가스 덩어리인 알골 B 가 알골 A 를 지나면서 상호 중력에 의해서 모습이 변하는 것까지 확인할 수 있습니다. 본래 더 질량이 큰 알골 B는 부풀어 오르면서 외곽 가스를 잡아두는데 실패했고 이 가스들은 가까이 있는 동반성으로 대부분 흡수된 것으로 보입니다. 영상에서는 알골 B 의 외곽 부분이 오히려 더 두껍게 나타나는 현상도 보이는데 이는 알골 A 의 중력에 알골 B 의 가스가 아직도 끌린다는 것을 의미합니다. 지구에서 이렇게 멀리 떨어진 쌍성계의 공전 모습을 실시간으로 추적이 가능한 것은 놀라운 일이라고 하겠습니다.
지금까지는 알골 A/B 를 중심으로 설명했지만 사실 알골은 삼성계입니다. 두 별로부터 2.69 AU 떨어진 지점에는 또 다른 주계열성인 알골 C 가 있습니다. 알골 C 는 태양 질량의 1.67 배에 달하는 별로써 지름은 0.9 배, 밝기는 4.1 배에 달하는 별입니다. 알골 C 는 681일을 주기로 알골 A/B 를 공전하며 위치상 서로 가리는 식현상은 일어나지 않습니다.
(알골 A/B 와 알골 C 의 이미지 Algol triple star system imaged with the CHARA interferometer. The Algol system as it appeared on 12 August 2009. This is not an artistic representation, but rather is a true two-dimensional image with 1/2 milli-arcsecond resolution in the near-infrared H-band, reconstructed from data of the CHARA interferometer. The elongated appearance of Algol B and the round appearance of Algol A are real. The form of Algol C, however, is an artifact. Credit : CC BY-SA 3.0)
알골에 대해서 한가지 더 흥미로운 사실은 이 별이 730 만년 전에는 태양에서 9.8 광년 떨어진 가까운 거리에 있었다는 것입니다. 당시 이 별의 겉보기 등급은 - 2.5 으로 지금의 시리우스 수준을 밝게 빛났을 것입니다. 당시 위치와 질량으로 보건대 일부 학자들은 알골이 오르트 구름에도 영향력을 행사했을 것으로 보고 있습니다.
아무튼 메두사의 머리 부분에 위치한 별답게 여러가지 재미있는 특징들을 가지고 있는 알골 시스템이라고 하겠습니다.
참고
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