쌍둥이자리 천문대(Gemini Observatory)의 획기적인 관찰은 이 별과 아마도 다른 거대한 별이 이전에 생각했던 것보다 덜 무겁다는 것을 시사합니다.

NSF의 NOIRLab이 운영하는 국제 쌍둥이자리 천문대의 일부인 칠레에 있는 8.1미터 남반구 제미니 망원경의 기능을 활용하여 천문학자들은 우주에서 가장 무거운 알려진 별인 별 R136a1의 가장 선명한 이미지를 얻었습니다. NOIRLab의 천문학자인 Venu M. Kalari가 이끄는 그들의 연구는 가장 무거운 별에 대한 우리의 이해에 도전하고 그들이 이전에 생각했던 것만큼 크지 않을 수도 있음을 시사합니다.

천문학자들은 태양 질량의 100배 이상인 가장 무거운 별이 어떻게 형성되는지 아직 완전히 이해하지 못했습니다. 이 퍼즐의 특히 어려운 부분 중 하나는 일반적으로 먼지로 덮인 성단의 밀집된 심장부에 서식하는 이 거인의 관측을 확보하는 것입니다. 거대한 별은 또한 빠르게 살고 젊어 죽으며 불과 몇 백만 년 만에 연료 매장량을 태우고 있습니다. 그에 비해 우리 태양은 수명이 100억 년의 절반도 되지 않았습니다. 조밀하게 밀집된 별, 상대적으로 짧은 수명, 광대한 천문학적 거리의 조합으로 인해 성단에서 개별 무거운 별을 구별하는 것은 어려운 기술적인 도전 과제입니다.

NSF의 NOIRLab이 운영하는 국제 쌍둥이자리 천문대의 남쪽 쌍둥이자리 망원경에 있는 조로(Zorro) 기기의 성능을 활용하여 천문학자들은 알려진 별 중 가장 무거운 R136a1의 이미지를 가장 선명한 이미지로 얻었습니다. 이 거대한 별은 우리 은하의 왜소 동반 은하인 대마젤란 성운의 독거미 성운 중심에 있는 지구에서 약 160,000광년 떨어져 있는 R136 성단의 구성원입니다.

이전 관측에 따르면 R136a1의 질량은 태양 질량의 250~320배 사이입니다. 그러나 새로운 조로 관측에 따르면 이 거대한 별은 태양 질량의 170~230배에 불과할 수 있습니다. 이 낮은 추정치에도 불구하고 R136a1은 여전히 ​​알려진 가장 무거운 별입니다.

천문학자들은 관측된 밝기와 온도를 이론적인 예측과 비교하여 별의 질량을 추정할 수 있습니다. 더 선명한 Zorro 이미지 덕분에 NSF의 NOIRLab 천문학자 Venu M. Kalari와 그의 동료들은 R136a1의 밝기를 근처의 별 동료들과 더 정확하게 분리할 수 있었고, 이로 인해 밝기와 질량에 대한 추정치가 더 낮아졌습니다.

이 결과를 발표한 논문의 주저자인 Kalari는 “우리의 결과는 우리가 현재 알고 있는 가장 무거운 별이 이전에 생각했던 것만큼 크지 않다는 것을 보여줍니다.”라고 설명했습니다. “이것은 항성 질량의 상한선이 이전에 생각했던 것보다 작을 수도 있음을 시사합니다.”

이 결과는 또한 우주에서 헬륨보다 무거운 원소의 기원과 관련이 있습니다. 이 원소들은 천문학자들이 쌍-불안정성 초신성이라고 부르는 사건에서 태양 질량의 150배가 넘는 별이 대격변적으로 폭발적으로 죽을 때 생성됩니다. R136a1이 이전에 생각했던 것보다 덜 무겁다면 다른 무거운 별들도 마찬가지일 수 있으며 결과적으로 쌍불안정성 초신성은 예상보다 더 희귀할 수 있습니다.

R136a1이 있는 성단은 이전에 천문학자들이 NASA/ESA 허블 우주 망원경과 다양한 지상 망원경을 사용하여 관찰했지만, 이 망원경 중 어느 것도 근처 성단의 모든 개별 항성 구성원을 찾아낼 수 있을 만큼 선명한 이미지를 얻을 수 없었습니다. .

Gemini South의 Zorro 기기는 스페클 이미징(speckle imaging)으로 알려진 기술을 사용하여 이전 관측의 해상도를 능가할 수 있었습니다. [1]. 밝은 물체의 짧은 노출 이미지를 수천 장 촬영하고 데이터를 신중하게 처리하면 이러한 흐림 현상을 거의 모두 상쇄할 수 있습니다. [2]. 이 접근 방식과 적응 광학 장치를 사용하면 R136a1에 대한 팀의 날카로운 새로운 Zorro 관측에서 볼 수 있듯이 지상 기반 망원경의 해상도를 극적으로 높일 수 있습니다. [3].

공동 저자인 리카르도 살리나스(Ricardo Salinas)는 “이 결과는 적절한 조건이 주어진다면 8.1미터 길이의 망원경이 각도 분해능 측면에서 허블 우주 망원경뿐 아니라 제임스 웹 우주 망원경과도 경쟁할 수 있음을 보여줍니다”라고 말했습니다. 이 논문의 저자이자 Zorro의 기기 과학자입니다. “이 관찰은 반점 이미징을 사용하여 가능한 것으로 간주되는 것의 경계를 확장합니다.”

“우리는 Zorro가 이러한 유형의 물체를 얼마나 잘 관찰할 수 있는지 알아보기 위한 탐색적 관찰로 이 작업을 시작했습니다.”라고 Kalari는 결론지었습니다. “우리는 우리의 결과를 해석할 때 주의를 촉구하지만, 우리의 관찰은 가장 무거운 별이 한때 생각했던 것만큼 무겁지 않을 수도 있음을 나타냅니다.”

Zorro와 쌍둥이 장비인 ‘Alopeke’는 각각 쌍둥이자리 남측 망원경과 쌍둥이자리 북쪽 망원경에 장착된 동일한 이미저입니다. 그들의 이름은 “여우”를 뜻하는 하와이어와 스페인어로 하와이의 마우나케아와 칠레의 세로 파혼에 있는 망원경의 각각의 위치를 ​​나타냅니다. 이 장비는 혁신적인 장비를 수용하고 흥미로운 연구를 가능하게 함으로써 새로운 과학을 가능하게 하는 Gemini Observatory의 방문 장비 프로그램의 일부입니다. 현재 쌍둥이자리 천문대 의장이자 캘리포니아주 마운틴뷰에 있는 NASA Ames Research Center의 선임 연구 과학자인 Steve B. Howell은 두 기기의 수석 연구원입니다.

“제미니 남쪽은 우리가 알고 있는 천문학을 변화시키며 우주에 대한 우리의 이해를 계속 향상시키고 있습니다. 이 발견은 우리가 국제 협력, 세계적 수준의 인프라 및 뛰어난 팀을 결합할 때 달성할 수 있는 과학적 업적의 또 다른 예입니다”라고 말했습니다. NSF 제미니 프로그램 책임자 마틴 스틸.

메모

[1] 밤에 별이 반짝이는 것은 대기의 흐릿한 효과이며, 천문학자들과 엔지니어들은 대기의 난기류에 대처하기 위해 다양한 접근 방식을 고안했습니다. 천문학자들은 하늘이 안정적인 높고 건조한 곳에 천문대를 설치하는 것 외에도 적응 ​​광학 시스템, 컴퓨터로 제어되는 변형 거울 어셈블리, 대기 왜곡을 보정할 수 있는 레이저 가이드 별을 갖춘 소수의 망원경을 갖추고 있습니다. 반점 이미징 외에도 Gemini South는 Gemini Multi-Conjugate Adaptive Optics System을 사용하여 대기의 흐릿함을 상쇄할 수 있습니다.

[2] Zorro가 캡처한 개별 관찰은 노출 시간이 60밀리초에 불과했으며 R136 클러스터에 대한 이러한 개별 관찰 중 40,000개가 40분 동안 캡처되었습니다. 이러한 각 스냅샷은 너무 짧아서 대기가 개별 노출을 흐리게 할 시간이 없었으며 팀은 40,000개의 노출을 모두 신중하게 결합하여 클러스터의 선명한 이미지를 구축할 수 있었습니다.

[3] 가시광선 전자기 스펙트럼(약 832나노미터)의 붉은 부분에서 관찰할 때 쌍둥이자리 남반구의 조로(Zorro) 기기는 약 30밀리아크초의 이미지 해상도를 갖는다. 이것은 NASA/ESA/CSA의 James Webb 우주 망원경보다 약간 더 나은 해상도이며 동일한 파장에서 허블 우주 망원경이 달성한 약 3배 더 선명한 해상도입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/08/220818163715.htm