가오리 성운이 사라진다
가오리 성운이 사라진다
  • 함예솔
  • 승인 2021.01.12 16:30
  • 조회수 3445
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이 사진은 NASA의 허블우주망원경이 20년 간격으로 포착한 가오리 성운을 비교한 것이다. 1996년 3월 광대역카메라(the Wide Field and Planetary Camera 2, WFPC2)로 찍은 왼쪽 이미지는 성운 안에 있는 중심별의 최후 단계를 보여준다. 죽어가는 별이 내뿜는 가스는 2016년 1월 광대역카메라 3을 이용해 포착한 오른쪽 성운의 이미지와 비교하면 훨씬 밝다. 참고로 가오리 성운은 남쪽의 별자리 제단(Altar) 방향에 위치하고 있다. 출처: NASA, ESA, B. Balick (University of Washington), M. Guerrero (Instituto de Astrofísica de Andalucía), and G. Ramos-Larios (Universidad de Guadalajara
이 사진은 NASA의 허블우주망원경이 20년 간격으로 포착한 가오리 성운을 비교한 것이다. 1996년 3월 광대역카메라(the Wide Field and Planetary Camera 2, WFPC2)로 찍은 왼쪽 이미지는 성운 안에 있는 중심별의 최후 단계를 보여준다. 죽어가는 별이 내뿜는 가스는 2016년 1월 광대역카메라 3을 이용해 포착한 오른쪽 성운의 이미지와 비교하면 훨씬 밝다. 참고로 가오리 성운은 남쪽의 별자리 제단(Altar) 방향에 위치하고 있다. 출처: NASA, ESA, B. Balick (University of Washington), M. Guerrero (Instituto de Astrofísica de Andalucía), and G. Ramos-Larios (Universidad de Guadalajara

위 사진의 왼쪽과 오른쪽은 각각 다른 천체일까요? NASA 허블우주망원경이 1996년과 2016년에 찍은 이 사진 속 천체는 성운 Hen 3-1357 입니다. 별명이 가오리 성운이에요. 사진에서 보이는바와 같이 20년 동안 이 성운은 급격히 희미해졌습니다. 행성상 성운(planetary nebula)에서 이렇게 빠른 변화 속도를 목격하는 건 매우 드문 일이라고 합니다. 

 

행성상 성운의 진화

 

참고로 행성상 성운이란 태양과 같은 항성이 연소할 연료가 다 떨어진 후 외피층을 날려버릴 때 생성됩니다. 외피층의 가스들은 우주로 팽창합니다. 이때 종종 고리모양이나 거품 모양의 성운을 형성하는데요. 약 200년 전 윌리엄 허셜(William Herschel)이 이 구름을 행성상 성운이라고 부르기 시작했습니다. 왜냐하면 행성처럼 둥근 모양을 가지고 있기 때문입니다. 이름은 행성상 성운이지만 생성 과정은 행성과는 전혀 관련이 없습니다. 행성상 성운의 중심에는 여전히 별의 남겨진 중심부 중 일부가 여전히 빛나는 걸 볼 수 있다고 합니다. 우리의 태양도 일생을 다하면, 백생왜성으로 진화하기 전 행성상 성운을 만들 것으로 예측됩니다. 거대한 크기로 팽창한 외피층을 자신의 강력한 항성풍을 이용해 우주공간으로 대량으로 방출하면서 말이죠. 

이 사진은 1996년 3월 NASA 허블 우주망원경에 포착된 가오리 성운이란 별명을 가진 행성상 성운 Hen 3-1357을 보여준다. 이 이미지는 죽어가는 별에 의해 거대한 크기로 팽창한 외피층이 방출되고 있다. 과학자들은 가오리 성운의 초기 모습을 포착했고, 이 성운을 가장 어린 행성상 성운이라 불렀었다. 이 이미지에 표시된 색상은 질소(빨간색), 산소(녹색), 수소(파란색)에 의해 방출되는 빛을 나타낸다. 출처: NASA, ESA, B. Balick (University of Washington), M. Guerrero (Instituto de Astrofísica de Andalucía), and G. Ramos-Larios (Universidad de Guadalajara)
이 사진은 1996년 3월 NASA 허블 우주망원경에 포착된 가오리 성운이란 별명을 가진 행성상 성운 Hen 3-1357을 보여준다. 이 이미지는 죽어가는 별에 의해 거대한 크기로 팽창한 외피층이 방출되고 있다. 과학자들은 가오리 성운의 초기 모습을 포착했고, 이 성운을 가장 어린 행성상 성운이라 불렀었다. 이 이미지에 표시된 색상은 질소(빨간색), 산소(녹색), 수소(파란색)에 의해 방출되는 빛을 나타낸다. 출처: NASA, ESA, B. Balick (University of Washington), M. Guerrero (Instituto de Astrofísica de Andalucía), and G. Ramos-Larios (Universidad de Guadalajara)

천문학자들은 허블우주망원경을 통해 노화된 항성 주위로 빠르게 사라져가는 가스의 장막을 드문드문 들여다보고 있습니다. 덕분에 1996년과 2016년 촬영된 가오리 성운의 모습을 비교할 수 있었는데요. 성운 중앙을 향하고 있던 푸른 형광색의 빛들은 거의 사라졌습니다. 이 성운의 별명과 연관있는 물결모양의 가장자리 역시 사실상 사라졌습니다. 

 

안달루시아 천체물리학연구소(Instituto de Astrofísica de Andalucía)의 Martín A. Guerrero는 "이 광경은 매우 매우 드라마틱하고 이상하다"며 "우리가 목격하고 있는 건 성운의 실시간 진화"라고 말합니다. 이어 "우리는 전에는 이렇게 생생한 광경을 본 적이 없다"고 감탄했습니다. 

이 사진은 2016년 1월 NASA 허블 우주망원경에 포착된 가오리 성운이란 별명을 가진 행성상 성운 Hen 3-1357을 보여준다. 1996년 촬영된 이미지와 비교했을 때 밝기와 모양이 급격히 바뀌었음을 보여준다. 이 이미지를 비교했을 때 연구원들은 성운의 중심부에서 죽어가는 항성에 의해 나오는 빛들의 전례없는 변화를 발견했다. 출처: NASA, ESA, B. Balick (University of Washington), M. Guerrero (Instituto de Astrofísica de Andalucía), and G. Ramos-Larios (Universidad de Guadalajara)
이 사진은 2016년 1월 NASA 허블 우주망원경에 포착된 가오리 성운이란 별명을 가진 행성상 성운 Hen 3-1357을 보여준다. 1996년 촬영된 이미지와 비교했을 때 밝기와 모양이 급격히 바뀌었음을 보여준다. 이 이미지를 비교했을 때 연구원들은 성운의 중심부에서 죽어가는 항성에 의해 나오는 빛들의 전례없는 변화를 발견했다. 출처: NASA, ESA, B. Balick (University of Washington), M. Guerrero (Instituto de Astrofísica de Andalucía), and G. Ramos-Larios (Universidad de Guadalajara)

연구원들은 이 성운의 중심부에서 죽어가는 별이 내뿜는 질소, 수소, 산소에 의해 방출되는 빛의 변화들을 발견했습니다. 이는 전례가 없던 일인데요. 특히 산소 방출량은 1996년과 2016년 사이 약 1,000배 가까이 그 밝기가 떨어졌습니다. 이번 연구를 이끈 워싱턴대학교(University of Washington)의 Bruce Balick은 "성운에 변화가 있는 건 이전에도 볼 수 있었지만 우리가 발견한 건 성운의 근본적인 구조적 변화"라며 "대부분의 연구에서 성운은 보통 더 커지는데 여기서는 근본적으로 형태를 바꾸며 점점 희미해지고 있다. 전례없는 시간적 규모로 그렇게 하고 있다"고 설명합니다. 덧붙여 "놀라운 점은 성운이 점점 더 크게 자라지 않고 실제로 한때 밝게 빛났던 타원형 고리 내부가 점점 더 희미해지면서 줄어들고 있다는 것"이라고 설명했습니다.

 

다른 행성상 성운에 대한 지상 관측에 따르면 성운들은 시간이 지남에 따라 밝기가 변화할 조짐을 보이긴 했지만, 이러한 추측들은 지금까지 확인되지 않고 있었습니다. 허블 우주망원경만이 이 작은 성운의 구조 변화를 설명할 수 있었습니다. 이번 연구는 허블 기록보관소에 있던 가오리 성운의 모든 이미지를 조사한 결과입니다. 

 

중심 항성 때문이다

 

연구원들은 이런 변화의 원인을 어떻게 꼽을까요? 성운의 빠른 변화는 중심 항성인 SAO 244567에 대한 반응이라고 봅니다. 중심 항성의 온도가 낮아지며 빠르게 팽창하고 그 결과 이온화방사선(ionizing radiation)을 덜 방출한다는 설명입니다. 독일 포츠담대학교(University of Potsdam)의 Nicole Reindl 교수와 허블 데이터를 이용한 국제연구팀의 2016년 연구에 따르면 가오리 성운 중심에 있는 항성 SAO 244567는 그 자체로 특별하다고 언급하는데요. 

 

1971년부터 2002년까지 관측한 바에 따르면 이 항성의 온도는 화씨 40,000도 이하에서 108,000도까지 치솟아 우리 태양의 표면보다 10배 이상 더 뜨거웠습니다. 이제 Reindl 교수와 그녀의 연구팀은 SAO 245567이 식고 있다는 걸 보여줬습니다. Reindl 교수는 온도의 급격한 변화는 중심별의 핵 주변 껍질에서 발생한 헬륨 융합의 짧은 섬광에 의한 것이라고 추측합니다. 최근 이 별은 항성 진화의 초기 단계로 역행하고 있는 듯 보입니다. 

 

Reindl교수는 "바로 그 순간에 이것을 관찰한 것이 매우 행운"이라며 "껍질에서 발생한 헬륨 융합의 섬광은 매우 빠르게 진화하며 이는 진화가 매우 짧다는 걸 의미한다. 이 때문에 우리는 이 별들이 어떻게 진화하는지 일반적으론 잘 볼 수가 없다. 그런데 우리가 그 순간 마침 그 곳에 있었다"고 말합니다. 현재 소멸 속도를 보았을 때 이 성운은 20년 또는 30년 후에 거의 관측되지 않을 것으로 추정됩니다. 
 


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