(This is a composite image of the Boomerang Nebula, a pre-planetary nebula produced by a dying star. ALMA observations (orange) showing the hourglass-shaped outflow, which is embedded inside a roughly round ultra-cold outflow. The hourglass outflow stretches more than three trillion kilometers from end to end (about 21,000 times the distance from the Sun to the Earth), and is the result of a jet that is being fired by the central star, sweeping up the inner regions of the ultra-cold outflow like a snow-plow. The ultra-cold outflow is about 10 times bigger. The ALMA data are shown on top of an image from the Hubble Space Telescope Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble; NRAO/AUI/NSF)
(The Boomerang Nebula, a pre-planetary nebula produced by a dying star. ALMA observations show the hourglass-shaped outflow, which is embedded inside a roughly round ultra-cold outflow. The hourglass outflow stretches more than three trillion kilometers from end to end (about 21,000 times the distance from the Sun to the Earth), and is the result of a jet that is being fired by the central star, sweeping up the inner regions of the ultra-cold outflow like a snow-plow. The ultra-cold outflow is about 10 times bigger. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), R. Sahai)
앞서 우주에서 가장 추운 장소로 소개했던 부메랑 성운 (Boomerang Nebula)에 대한 새로운 연구 결과가 발표되었습니다. 국제 천문학자팀이 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해서 부메랑 성운을 정밀하게 관측한 결과 이 행성상 성운이 이렇게 빠른 속도로 팽창하는 것은 보이지 않는 작은 동반성에 때문일 가능성이 높다고 합니다.
지구에서 5,000 광년 떨어진 부메랑 성운은 적색거성이 마지막 단계에서 가스를 주변으로 날려보내면서 생긴 행성상 성운입니다. 하지만 이번 관측에서는 사실은 그 직전 단계인 전행성상 성운 (pre-planetary nebula)이라는 점이 밝혀졌습니다. 이 성운이 처음 주목을 끌었던 것은 2.725K에 불과한 우주 배경복사를 흡수한다는 사실이 알려지면서 부터입니다. 이 이야기는 이 성운의 온도가 이보다 낮다는 이야기기 때문입니다.
이후 관측에서 이 성운의 온도가 절대영도에 가까운 0.5K 이하에 불과하다는 사실을 알려졌습니다. 이렇게 낮은 온도의 이유는 가스가 매우 빠른 속도로 팽창하면서 온도가 떨어졌기 때문입니다. 이 성운의 팽창 속도는 150km/s로 다른 성운의 10배나 빠릅니다. 그래도 성운의 양 끝지점까지 가기 위해서는 3500년의 시간이 필요한데, 대략 길이가 3조 km에 달하기 때문입니다. 하지만 왜 이렇게 빠르게 팽창하는지에 대해서는 사실 잘 몰랐습니다.
이번 연구에서는 가스에 가려 잘 보이지 않는 동반성이 있고 이 동반성의 중력 상호 작용에 의해서 (gravitational energy of two interacting stars) 죽어가는 별에서 가스가 양쪽으로 빠르게 팽창하는 것 같다는 연구 결과가 나왔습니다. 한쪽 별에서 나오는 가스가 다른 별에 의해 가속되는 셈입니다. 물론 이 과정에서 일부 가스는 동반성에 흡수될 것으로 예상됩니다.
연구팀에 따르면 현재 부메랑 성운의 모습은 매우 짧은 시간 유지된다고 합니다. 물론 수천년이라는 것은 인간의 척도에서는 길지만, 우주의 관점에서 보면 매우 짧은 시간입니다. 시간이 지나면 죽어가는 별 주변 가스는 행성상 성운을 형성한 후 더 밀도가 낮아져 성간 가스가 되며 그 남은 자리에는 백색왜성과 동반성이 남게 될 것입니다. 우리는 그 사이 존재하는 짧은 막간극을 보고 있는 것입니다.
참고
R. Sahai et al. The Coldest Place in the Universe: Probing the Ultra-cold Outflow and Dusty Disk in the Boomerang Nebula, The Astrophysical Journal (2017). DOI: 10.3847/1538-4357/aa6d86
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