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2014년 7월 10일 목요일

우주 이야기 255 - 3D 로 분석된 용골자리 에타 별과 호문쿨루스 성운



 용골자리 에타별 (Eta Carinae) 은 우리 은하계에서 가장 크고 밝은 별로 300 만년 정도 되는 젊은 별이지만 그 질량 때문에 곧 초신성 폭발이 임박한 별로 여겨지고 있습니다. 약 7500 광년이나 떨어진 거리에도 불구하고 태양의 500 만배 이상인 밝기 때문에 지구에서 육안으로 볼 수 있는데 만약 초신성 폭발을 일으킨다면 누구나 볼 수 있는 일대 장관이 될 것으로 보입니다.  


 그런데 사실 이 용골자리 에타별은 하나의 별이 아니라 두개의 별이 하나처럼 보이는 쌍성계 입니다. 동반성중 하나는 적어도 태양질량의 90 -120 배 정도이며 나머지 하나는 30 배 정도라고 생각되고 있습니다. 밝기는 각각 태양의 500/100 만배 정도라고 생각되고 있는데 두 별 모두다 엄청난 속도로 가스를 뿜어내고 있기 때문에 사실 그 정밀한 관측은 매우 어려운 일이었습니다.  


 두 별의 주변으로는 가스 성운 (적어도 태양 질량의 10 배에서 40배) 인 호문쿨루스 성운 (Homunculus Nebula.  라틴어로 작은 사람이란 뜻) 이 있어 이 별의 관측을 더 어렵게 만들고 있는데 이 역시 용골자리 에타별에서 뿜어져 나온 가스로 인해 반들어진 반사 성운 (reflection nebulae : 별에나 나온 빛을 반사해서 관측이 용이한 성운) 으로 생각되고 있습니다.  


 현재 용골자리 에타별은 두터운 가스에 덮혀 있으며 이 가스 성운은 폭이 거의 1 광년에 달하고 팽창 속도는 210 만 km/h 에 달하고 있습니다. 따라서 우리가 용골자리 에타별에 대해서 친숙한 모습은 별 자체가 아니라 아래 같이 나비 같은 모습의 호문쿨로스 성운입니다.  



(용골자리 에타별. 실제로는 별 자체가 아니라 주변부의 가스를 보는 것   A huge, billowing pair of gas and dust clouds are captured in this stunning NASA Hubble Space Telescope image of the supermassive star Eta Carinae. Eta Carinae was observed by Hubble in September 1995 with the Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2). Images taken through red and near-ultraviolet filters were subsequently combined to produce the color image shown. A sequence of eight exposures was necessary to cover the object's huge dynamic range: the outer ejecta blobs are 100,000 times fainter than the brilliant central star. Eta Carinae suffered a giant outburst about 160 years ago, when it became one of the brightest stars in the southern sky. Though the star released as much visible light as a supernova explosion, it survived the outburst. The explosion produced two lobes and a large, thin equatorial disk, all moving outward at about 1 million kilometers per hour.  Credit : Nathan Smith (University of California, Berkeley), and NASA)


 그런데 나사의 과학자들이 유럽 우주국 (ESO) 의 VLT 망원경의 데이터를 사용해서 이 호문쿨루스 성운에 대한 3D 모델을 얻는데 성공했다고 합니다. 이들은 근적외선, 가시광선, 자외선 관측 결과를 토대로 92 개의 얇은 슬라이드로 호문쿨루스 성운을 맵핑했으며 2.12 미크론 광선의 파장을 분석해 그 팽창속도와 방향을 더 상세하게 규명했습니다.  


 지금까지 성운의 모양을 2D 로 확인한 경우는 많았지만 이렇게 아예 전체를 CT 스캔하듯이 3D 로 이미지를 얻은 경우는 드문 케이스입니다. 성운 자체의 크기와 우리가 지구에서는 한쪽 밖에 볼 수 없다는 점을 생각하면 상당한 수확이라고 하겠습니다. 물론 이는 가시광선 이외에 가스를 투과할 수 있는 파장의 관측 결과를 포함했기 때문이죠.   



(호문쿨루스 성운의 3D 모델링 모습. 클릭하면 원본.   A new shape model of the Homunculus Nebula reveals protrusions, trenches, holes and irregularities in its molecular hydrogen emission. The protrusions appear near a dust skirt seen at the nebula's center in visible light (inset) but not found in this study, so they constitute different structures.
Image Credit: NASA Goddard (inset: NASA, ESA, Hubble SM4 ERO Team))   



(애니메이션 모델 Animation of 3-D Homunculus Nebula model.
Image Credit: NASA Goddard's Conceptual Image Lab)



(동영상)


 앞서 말한 대로 용골자리 에타별은 주변 가스 때문에 직접 관측이 어렵습니다. 그러나 나사의 과학자들은 호문쿨루스 성운의 모양이 그 단서가 될 수 있다고 생각하고 있습니다. 용골자리 에타별 A/B 는 서로 5.5 년을 주기로 공전하고 있는데 가장 가까이 다가설 때는 태양과 화성 정도 밖에 안되는 가까운 거리까지 접근하는 것으로 보입니다.  


 이렇게 되면 서로의 중력에 의해 표면이 끌어 당겨 지게되는데 동시에 표면에서는 엄청난 항성풍이 뿜어져 나오고 있죠. 이렇게 되면 서로 마주보는 각도에 의해 뿜어져 나오는 가스의 방향이 뒤틀리게 됩니다. 이와 같은 변화가 바로 위의 보이는 3D 모델에서 중심부에 튀어나온 부분에 반영되는 것으로 보입니다. 그리고 항성풍의 변화 역시 상대적으로 복잡해 보이는 3차원 구조를 만드는데 기여하는 것으로 판단됩니다.  


 위의 모습을 보면 마치 찌그러진 사과 2 개를 붙여 놓은 것 같은 모습인데 과학자들은 이를 연구하므로써 두꺼운 가스의 베일에 가린 용골자리 에타별 쌍성계의 모습을 더 잘 알 수 있기를 희망하고 있습니다. 한편 향후 2 차원은 물론 3 차원적으로 성운을 볼 수 있게 된다면 우리는 여러 성운의 모습을 더 입체적으로 판단할 수 있게 되겠죠.     


 참고  


Journal Reference:
  1. W. Steffen, M. Teodoro, T. I. Madura, J. H. Groh, T. R. Gull, A. Mehner, M. F. Corcoran, A. Damineli, and K. Hamaguchi. The three-dimensional structure of the Eta Carinae HomunculusMNRAS, 2014; DOI: 10.1093/mnras/stu1088





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