희귀한 '바람개비' 별은 아름다운 천문학적 퍼즐입니다

May 23, 2024

볼프-레이츠(Wolf-Rayets)라는 불운한 별 클래스가 신비한 바람개비 모양을 만들어냅니다.

천문학자들은 우주에서 가장 크고 뜨겁고 희귀한 별 중 하나인 울프-레이에츠(Wolf-Rayets)로 알려진 사납고 뜨겁고 빛나는 별에 대해 이야기할 때 최상급을 다 사용하는 경향이 있습니다. 볼프-레이에츠는 가장 무거운 별, 즉 태양 질량의 20배에서 200배 이상인 곳에서 생명을 시작하는 별의 생애에서 마지막 순간의 단계로 여겨집니다. 이 중량급 차량은 파란색이고 믿을 수 없을 정도로 빛나며, 생동감 있고 죽지 않는 포기와 함께 막대한 양의 수소 연료를 통해 빠르게 연소됩니다. 그것들이 타면서 놀라운 속도로 흐르는 조밀하고 빠른 바람으로 엄청난 양의 질량을 방출합니다. 이 연료가 고갈되면 이 별들은 우리가 초신성으로 관찰하는 격변적인 사건에서 자체 중력에 의해 붕괴됩니다.

그들의 극단적인 성격은 그들을 밝기와 온도에 따라 별을 매핑하는 천문학의 기본 차트인 헤르츠스프룽-러셀 다이어그램의 경계에 모여 있는 천상의 버림받은 존재로 표시됩니다. 볼프-레이에츠(Wolf-Rayets)는 일반 별들이 모이는 다이어그램의 "주계열"을 넘어서 솟아오릅니다. 그들은 태양보다 30배 더 뜨거운 200,000켈빈을 초과할 수 있는 표면 온도와 태양보다 100만 배 이상 더 밝을 수 있는 방사선장을 가진 부풀어 오른 괴물입니다.

볼프-레이에 별의 특징인 수소 함량이 낮다는 것은 파멸의 전조임이 밝혀졌습니다. 별이 수소를 모두 소모한 후에는 헬륨과 같은 다른 연료를 연소하기 시작하지만 이로 인해 별의 실행 기간은 약간만 유지됩니다. 볼프-레이에의 수명은 수백만 년으로 측정되며 때로는 훨씬 더 짧은 경우도 있습니다. 이것은 우리 태양의 100억년 수명에 비하면 눈 깜짝할 사이입니다. 그리고 거대한 별은 이미 별 유형 중에서 예외이기 때문에 울프-레이에츠는 두 배로 희귀합니다. 문자 그대로 10억분의 1의 별입니다. 그 밝기 때문에 망원경으로 쉽게 찾을 수 있지만, 우리는 은하계 전체에 그 중 수백 개만 알고 있습니다.

희귀함에도 불구하고, 이 수수께끼의 별들은 오늘날 가장 긴급한 천문학적 질문과 얽혀 있는 역사를 가지고 있습니다. James Webb 우주 망원경과 같은 강력한 시설에서 더 많은 관측이 이루어짐에 따라 이러한 추세는 반복되고 있습니다. 최근 볼프-레이에츠(Wolf-Rayets)는 별의 본질과 운명에 대한 큰 미스터리를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 물리학에 대한 새로운 질문을 우리에게 제시했습니다.

1876년, 프랑스 천문학자 샤를 울프(Charles Wolf)와 조르주 라예(Georges Rayet)가 백조자리의 세 별에 대해 처음으로 수수께끼를 풀었을 때, 천체의 빛을 구성 색상으로 분산시켜 연구하는 분광학 과학은 초기 단계에 있었습니다. 그럼에도 불구하고 울프와 레이엣은 뭔가 매우 기괴한 일이 일어나고 있다는 것을 알 수 있을 만큼 정상적인 별들을 충분히 보았습니다. 태양과 같은 일반적인 별은 가시광선 범위에 걸친 빛으로 구성된 스펙트럼을 가지고 있으며, 별의 화학 원소에 의해 흡수되는 파장을 나타내는 좁고 미세한 어두운 선이 산란되어 각인되어 있습니다. 백조자리의 새로운 별들은 완전히 다른 것처럼 보였습니다. 천문학자들은 이 별들이 “주로 백열 증기에 의해 그 광채를 발산”할 수 있다고 추측하게 되면서 “성운을 더 연상시키는” 밝은 색상의 생생한 띠를 보여주었다고 썼습니다.

그 후 수십 년 동안 천문학자들은 대부분의 항성 유형의 스펙트럼을 더 잘 이해하기 시작했지만 울프-레이츠는 여전히 이해할 수 없는 기이함으로 인해 괴로워했습니다. 그들은 때때로 Ralph Copeland와 같은 과학자들을 함정에 빠뜨리기도 했습니다. 1884년에 그는 노새 열차에 천문학 장비를 싣고 페루의 고지대 티티카카 호수 기슭을 탐험했습니다. 그곳에서 그는 우연히 별 γ 아르고스(현재 γ Velorum으로 알려져 있는 "감마 아르고스")를 발견했습니다. 이 별의 "파란색의 강렬하고 밝은 선과 노란색과 주황색의 세 개의 밝은 선으로 이루어진 화려한 그룹은 그 스펙트럼을 비교할 수 없을 정도로 가장 밝고 선명하게 만듭니다." 온 하늘에 충격을 주었느니라.” Copeland는 다음과 같이 매료되었습니다. "이 스펙트럼의 놀라운 아름다움으로 인해 나는 내 시간의 상당 부분을 은하수 ​​주변을 다소 체계적으로 탐색하는 데 전념하게 되었습니다." 그는 결국 비슷한 별 5개를 더 획득했습니다. 비록 γ Velorum만큼 뛰어난 것은 없었지만, 이 노력은 알려진 Wolf-Rayets의 카탈로그를 두 배 이상 늘렸습니다.