국제 천문학자 팀이 유럽 남방 천문대 (ESO) 의 Very Large Telescope Interferometer (VLTI) 를 이용해서 태양 지름의 1300 배 정도 되는 지름을 가진 황색 극대 거성 (Yellow Hypergiant) HR 5171 을 찾아내는데 성공했다고 합니다. HR 5171 은 (다른 명칭은 V766 Cen, HD 119796, HIP 67261 으로 사실은 이전에도 알려진 천체였으나 상세히 관측된 것은 처음 ) 지금까지 발견된 황색 극대 거성 가운데서 가장 큰 것이지만 놀라운 점은 이것만이 아니라고 합니다.
극대거성 (hypergiant) 을 정의하는 정확한 기준은 없지만 대략적으로 초기 질량이 적어도 태양 질량의 25 배 이상인 항성으로 H-R 도표상에서 가장 위에 위치하며 절대 등급 Mv > -7 인 항성을 가르키는 단어입니다. 이와 같은 극대 거성들도 그 표면 온도에 따라서 청색 - 적색 사이에 분광형을 가질 수 있습니다. 그 중에서 분광형이 대략 A 후반에서 K 초반인 별들을 황색 극대 거성이라고 부릅니다. 이들은 태양 질량의 20 - 50 배 정도에 절대 등급 (Mv) 가 -9 이상인 매우 밝은 별들로써 우리 은하계에 수십 개에 불과할 정도로 희귀한 별들입니다.
(H-R 도표 상에서 가장 위에 존재하는 hypergiant 의 하위 그룹으로 황색 극대 거성이 존재함 HR diagram containing lots'a'vartypes. Rursus at Wikipedia )
HR 5171 는 지구에서 약 12000 광년 정도 떨어진 위치에 존재하는 황색 극대 거성으로 대략 태양 질량의 39 배 정도 되는 별입니다. 그러나 지름은 1300 배에 달할 만큼 부풀어 있으며 (따라서 사실 다른 거성들과 마찬가지로 밀도는 매우 낮음) 표면 온도는 5000 K 정도로 낮아져 있습니다. (분광형은 K0 0-Ia ) 그럼에도 기본 표면적이 워낙 거대한 만큼 (표면적은 길이의 제곱에 비례하므로 1300 x 1300) 그 밝기는 태양의 50 - 100 만배 수준입니다. 하지만 더 놀라운 점은 사실은 쌍성계인데 서로 붙어 있다는 점입니다.
연구의 리더인 올리비에르 세스노 (Olivier Chesneau (Observatoire de la Cote d'Azur, Nice, France)) 는 이 황색 극대거성이 동반성을 거느리고 있으며 이 동반성이 사실은 너무 가까이 붙어 있어 마치 거대한 땅콩 모양처럼 보인다고 언급했습니다. 진짜로 놀라운 것은 바로 이 부분일 것입니다.
(HR 5171 의 실제 관측 모습 (중앙) 이 사진에서는 붉게 찍혔지만 실제로는 황색 극대 거성 HR 5171, the brightest star just below the centre of this wide-field image, is a yellow hypergiant, a very rare type of stars with only a dozen known in our galaxy. Its size is over 1,300 times that of the Sun -- one of the 10 largest stars found so far. Observations with ESO's Very Large Telescope Interferometer have shown that it is actually a double star, with the companion in contact with the main star.
Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2)
(HR 5171 쌍성계의 개념도 This artist’s impression shows the yellow hypergiant star HR 5171. This is a very rare type of star with only a dozen known in our galaxy. Its size is over 1300 times that of our Sun — one of the largest ten stars found so far. Observations with ESO’s Very Large Telescope Interferometer have shown that it is actually a double star, with the companion in contact with the main star. Credit: ESO )
(ESO 영상 )
이와 같은 모습은 꽤 놀라운 것이라고 할 수 있는데 과학자들은 매우 드문 장면을 목격한 것으로 생각하고 있습니다. 일단 황색 극대거성은 너무 크게 부풀어 오른데 비해서 가스의 온도가 높기 때문에 결국 외곽의 가스층을 잡아두기에는 자체 중력이 부족할 수 밖에 없습니다. 따라서 머지 않아 외곽의 가스층을 잃고 그 크기가 줄어들게 되면서 별은 서서히 죽음에 다가서게 될 것입니다.
특히 이 극대 거성의 외곽층의 가스를 빨아들이는 동반성 때문에 이 과정은 더 빨리 일어나게 될 것입니다. 즉 별의 일생에서 아주 짧은 시간 밖에 일어날 수 없는 사건을 운좋게 촬영한 것입니다. 천문학자들은 거성 단계에서 동반성의 가스를 빨아들이는 다른 동반성의 존재에 대해서 이미 알고 있지만 이렇게 극대거성의 가스를 빨아들이는 동반성을 직접 관측한 것은 매우 운이 좋은 케이스라고 생각하고 있습니다.
이렇게 멀리 떨어진 위치에서 관측이 가능한 이유는 물론 극대거성이 매우 크기 때문이기도 하지만 VLT 간섭계의 강력한 분해능 덕분이기도 합니다. 이 간섭계는 하나의 거대한 140 미터급 망원경 처럼 작동해서 극대거성의 숨겨진 비밀을 밝혀내는데 성공했습니다. HR 5171A 자체는 켄타우로스 자리에서 6.1 - 7.3 등급 정도로 보이는 별로 아마추어 망원경으로 관측이 가능하지만 이런 놀라운 비밀을 숨기고 있었는지는 VLT 같은 거대 망원경이 아니라면 알 수 없었을 것입니다.
(참고로 HR 5171 는 지금까지 발견된 것 가운데 가장 큰 별 10 개 중에 하나로 들어갈 만큼 큰 별이지만 우주에서 가장 큰 별은 아닙니다. 참조하시기 바랍니다 http://en.wikipedia.org/wiki/Largest_stars )
참고
Journal Reference
1. Chesneau, O.; Meilland, A.; Chapellier, E.; Millour, F.; Van Genderen, A. M.; Naze, Y.; Smith, N.; Spang, A. et al. (2014). "The yellow hypergiant HR 5171 A: Resolving a massive interacting binary in the common envelope phase". arXiv:1401.2628v2
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