우주 이야기 1201 - 6개의 동심원을 그리며 죽어가는 별 V Hydrae

 

(The carbon-rich star V Hydrae is in its final act, and so far, its death has proved magnificent and violent. Scientists studying the star have discovered six outflowing rings (shown here in composite), and other structures created by the explosive mass ejection of matter into space. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))

(Scientists have observed, for the first time, the mysterious death throes of a carbon-rich asymptotic branch star (AGB). V Hydrae’s final act is characterized by the mass ejection of matter into space, resulting in the slow expansion of six rings and the formation of two hourglass-shaped structures shown here in this artist’s conception. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))

(Scientists studying the dying carbon-rich star V Hya have discovered six slowly expanding rings forming as the star expels its matter. Shown here in composite, these outflowing rings and the diffuse arc structure of the sixth ring are moderately visible in the 12CO carbon isotope emission line, and become well-defined in views of the 13CO carbon isotopes. These rings are part of a previously unknown story about the death of stars, and are helping scientists to unravel what happens in the “final act.”. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))

 지구에서 1300광년 떨어져 있는 V Hydra는 여러 가지로 독특한 별입니다. 이 별은 태양과 비슷한 질량을 지녔지만, 적색거성 단계로 밝기는 태양의 7850배에 달합니다. 더 구체적으로는 대기에 탄소가 풍부한 AGB 형 별(carbon-rich asymptotic giant branch (AGB))로 이제 가스를 주변으로 방출하면서 행성상 성운으로 최후를 맞이할 예정입니다. 

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 하지만 V Hydra의 외형은 일반적인 적색 거성과는 매우 다릅니다. 가장 눈에 띄는 특징은 6개의 거대한 동심원입니다. 여기에 8.5년을 주기로 공전하는 작은 동반성이 있고 이 별 자체도 주기적으로 밝기가 변하는 변광성이라 여러 모로 복잡한 변화를 보입니다. 

 나사의 라그흐벤드라 사하이 (Raghvendra Sahai, an astronomer at NASA's Jet Propulsion Laboratory)가 이끄는 연구팀은 허블 우주 망원경과 ALMA 전파 망원경을 통해 V Hydrae의 독특한 주변 구조를 조사했습니다. 

 우선 가장 먼저 눈에 들어오는 6개의 서서히 팽창하는 동심원 구조에는 DUDE(Disk Undergoing Dynamical Expansion) 라는 명칭을 붙였습니다. 두드는 별에서 나오는 플레어와 가스에 의해 만들어진 것으로 6개의 링은 2100년에 걸쳐 지금처럼 팽창한 것으로 보입니다. 

 하지만 두드보다 더 강력한 물질 분출은 사실 두드와 수직 방향으로 일어나고 있습니다. 양 축으로 분출하는 가스는 거대한 모래 시계 형태를 보이는데 그 속도는 초속 240km에 달합니다. 결국 이렇게 해서 V Hydra는 주변으로 물질을 방출하고 서서히 죽어갈 것입니다. 

 비슷한 질량을 지녔다는 점을 생각하면 50억년 후 태양의 미래 약시 비슷할지도 모릅니다. 과학자들은 우리 주변의 적색거성을 연구하면서 우리가 결코 살아서 보지 못할 먼 미래를 미리 보고 있습니다.

 참고 

https://phys.org/news/2022-03-hey-dude-mysterious-death-carbon.html

R. Sahai et al, The rapidly evolving AGB star, V Hya: ALMA finds a multi-ring circus with high velocity outflow. arXiv:2202.09335v1 [astro-ph.SR], arxiv.org/abs/2202.09335v1

Resources:

Sahai, R. & Wannier, P. G., Discovery of very high velocity outflow in V Hydra - Wind from an accretion disk in a binary? Astronomy & Astrophysics (1988). ADS: 1988A&A...201L...9S

Kahane et al, V Hydrae: the missing link between spherical red giants and bipolar planetary nebulae? Radio observations of the molecular envelope, Astronomy & Astrophysics (1996). ADS: 1996A&A...314..871K

R. Sahai et al, A collimated, high-speed outflow from the dying star V Hydrae, Nature (2003). DOI: 10.1038/nature02086

Naomi Hirano et al, High-Velocity Bipolar Outflow and Disklike Envelope in the Carbon Star V Hydrae, The Astrophysical Journal (2004). DOI: 10.1086/424382

R. Sahai et al, High-speed bullet ejections during the AGB-to-planetary nebula transition: HST observations of the carbon star, v hydrae, The Astrophysical Journal (2016). DOI: 10.3847/0004-637x/827/2/92