일반지구과학 및 실습

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일반지구과학 및 실습 II

8 주 차 다 양 한 별 들

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2. 변광성

불규칙적인 변광과 규칙적인 변광을 보이는 천체들을

살펴봅시다

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• 밝기가 0.1초 – 수 년 동안의 주기동안 수천 배에서 20배 정도에서 변하는 천체

• 수 십만 개의 변광성이 발견되어 목록화됨

• 수 천 개의 변관성으로 추정되는 천체가 있음

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U Geminorum

in its bright state (left) and its faint state (right)

변 광 성

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• 맥동별: 내부 힘에 의해 부풀어졌다 수축했다함

• 식쌍성: 희미한 동반성에 의해 가리워질 때 어두워졌다가 다시 밝아짐

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•맥동

•항성이나 항성계내의 분출

내부원인

• 식현상

• 외계행성의 통과

• 항성 자전

외부원인

밝 기 변 화 의 원 인

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1 . 폭 발 하 는 별 들

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• 그리스인들은 하늘이 영원하고 변하지 않는다고 생각 했었지만, 세심한 관측자들에게는 이미 오래전에 하늘이 영원하지 않을 뿐 만 아니라 변한다는 것이 밝혀진지 오래이다

• 히파르쿠스는 기원전 134년에 전갈자리에서 새롭게 빛나는 별 (신성)을 관측하였다

• 별들의 목록을 만들어 미래에 이런 새로운 별들이 쉽게 찾아볼 수 있도록 하고 싶은 마음이 들었다

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• 중국의 천문학자들은 이보다 훨씬 더 오래전에 새로운 별들을 관측한 바 있다

• 기원전 1400년 전에 거북이 껍질 비문에 적인 내용들:

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• SN 1006: 역사상 가장 밝은 초신성

• 이집트 점성술가 Ali bin Ridwan의 기록:

내가 공부를 시작했을때 보았던 인상적인 광경을 여러분들을 위해 서술해보려 합니다. 이 구경거리는 전갈자리에서 생겨났습니다. 아주 큰 구경거리였는데, 모습은 둥글고 크기는 금성보다 2.5 ~ 3배정도 되었습니다. 거기서 나오는 빛인 너무 밝아서 지평선을 밝혔고 그 반짝거림은 아주 컸다. 보름달 밝기의 ¼ 정도 되는 밝기를 지녔습니다

• 별은 -7.5등듭까지 밝아짐

• 때로 낮에도 관측가능

• 1년 넘게 관측되었다

S N 1 0 0 6

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S N 1 0 0 6

8

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신 성

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• 최초의 신성발견

• 1572년 티코 브라헤

• -4등급까지 밝아졌다

• 2주동안 낮에도 관측할 수 있었다

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• 맨눈으로 관측가능했던 별폭발의 기록들:

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초 신 성 과 신 성

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• 초신성 폭발:

• 하나의 별이 파국을 맞이하면서 일어나는 파멸적 현상

• 신성 폭발:

• 격변 현상

• 파괴적이진 않지만 아주 격렬한 폭발

• 역사적인 신성의 기록은 모두 초신성이었다고 여겨진다

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2 . 격 변 변 광 성

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• 초신성 폭발보다는 덜 격렬하고 덜 인상적인 신성의 부류

• 이전에 알려지지 않았던 별이 갑자기 보이는 경우

• 이미 알려진 별의 밝기가 갑자기 밝아진다

• 밝아진 별의 밝기가 정상으로 돌아온 후에 별을 연구해서 이런 별들이 어떻게 일어나는지 밝혀낼 수 있다

• 신성은 쌍성과 관련된 것으로 판명되었다

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고 전 신 성

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• 6 -10등급 밝아진다

• 갑자기 밝기가 밝아졌다가 천천히 어두워진다

• 신성이 갑자기 나타난 것처럼 보이게 한다

• 2등급 이상 밝아진 신성이 지난세기에 6개 발견

• 이 별들은 하늘에서 가장 밝은 별 100개에 속하게 함

• 거의 모든 신성들이

아마추어천문가들에 의해 발견됨

• 신성들은 수일동안 밝아졌다가 한달 이상동안 천천히 어두워진다

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2013년 12월, Nova Centauri 2013이 맨눈으로 관측가능 했었다! 14

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신 성

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• 격변변광성의 여러 하위 부류중 하나

• 모든 격변 변광성은 쌍성시스템에서 일어난다

• 백색왜성은 동반별에서 물질을 모으고 있다 (accretion)

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격 변 변 광 성 작 동 원 리

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• 격변변광성은 모두 짧은 주기를 보이는 쌍성계ㅣ

• 백색왜성 + 주계열 동반별

• 쌍성의 궤도주기: 1.5 – 14 hours

• 두별의 분리거리: 태양반경의 수배 밖에 안된다

• X-선쌍성과 비슷

• 물질을 모으고 있는 별이 중성자별이 아니라 백색왜성이라는 점이 다르다

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17

• 동반별에서 전달된 수소는 백색왜성의 표면에 모여진다

• 이 층의 아랫부분이 임계온도에 도달할때 전체 층이 폭발하게 된다

신 성 분 출

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• 방출된 물질들은 껍질구조를 형성

• 수년 후에 관측되어질 수 있다

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더 큰 폭발:

• 백색왜성은 최대질량 이상을 지닐 수 없다

• 찬드라세카 한계질량: 이 질량보다 더 커지면 중력에 더 이상 저항할 수 없다

• 백색왜성이 충분한 질량을 모아서 찬드라세카 한계질량보다 더 커지면 폭축하게 된다

• 백색왜성은 폭축이 일어나면서 완전히 파괴되어 버린다

3 . 초 신 성 폭 발

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20

• 열핵 초신성폭발이라고도 함

• 스펙트럼에 수소선이 전해 관측되지 않는다

• 핵-폭축 초신성보다 1.5-3등급 더 밝다

I a 형 초 신 성 폭 발

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21

• 열핵 초신성폭발:

• 아주 밝아서 우주의 절반이상에서 초신성을 관측할 수 있음

• 이런 초신성 모두가 거의 같은 밝기를 지니고 있음

• 아주 멀리 있는 은하들까지의 거리를 측정하는데 중요한 역할을하는 봉화

• 암흑에너지의 발견에도 역할을 하게됨

I a 형 초 신 성 폭 발

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• 백색왜성이 어떻게 찬드라세카 한계질량에 도달하게 되는가?

• 왜 반복되는 신성폭발로 물질들이 다 소비되지 않았는가?

• 보통의 신성폭발에서 백색왜성은 매번 약간양의 질량을 손실한다

• 어떻게 찬드라세카 질량에 도달하기에 충분한 정도가 되는가?

주 된 문 제 점

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• 실제 변광성의 성질이 전해 알려지지않은 변광성들이 많이있다

• V838 Monocerotis:

• 호주 아마추어천문가에 의해 2002년 1월에 발견

• 아주 이상한 성질을 지닌 것으로 판명

• 보통 신성처럼 어두워지는 대신에 광도곡선에서 3개의 피크가 관측됨

V 8 3 8 M o n o c e r o t i s

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• HST는 V838 Mon 을 둘러싸고 있는 티끌껍질로부터 반사되어 나온 빛을 관측

• 중심에 있는 별은 빨강색

• 백색왜성이 아님

V 8 3 8 M o n o c e r o t i s

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V 8 3 8 M o n o c e r o t i s

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• 규칙적으로 밝기가 변하는 별의 부류가 있다

4 . 맥 동 성

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• 맥동변광성은 모두 거성들이다

• HR도에서 거성열은 압력-중력균형이 불안정하다

• 이런 별의 표본인 delta Cephei를 따라 세페이드 변광성이라 부른다

세 페 이 드 변 광 성

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28

• 뚜렷한 형태의 광도곡선을 지니고 있다

• 밝기가 급하게 증가했다가 아주 천천히 하강한다

• 상어지느러미와 같은 모습이다

• 0.5 -2 등급정도의 광도변화

• 1 – 70일의 주기

세 페 이 드 변 광 성

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• Leavitt의 발견

• 변광주기와 밝기사이에 뚜렷한 관계가 존재

• 별이 밝을 수록 주기는 더 길어진다

• 주기와 밝기를

측정해보면 별까지의 거리를 추정가능

• 세페이드는 은하들의

거리를 측정하는데 가장 중요한 도구중 하나

세 페 이 드 변 광 성

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30

별이 일정시간에서 어떻게 밝기가 변화하며 왜 그런 현상이 일어나는지 연구하는 학문

물리체계의 변화는 우주를 지배하는 물리법칙에 의해 조정된다 -> 변광성연구는 이런 별들의 물리적 성질에 대한 정보 제공

-> 모든 항성들에 대한 일번적인 성질에 대한 정보

•항성진화

•우주의 거리 척도

•외계행성과 외계생명체 탐사

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5 . 변 광 성 천 문 학

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1. 항성 물리량에 대한 정보를 제공

2. 우주 전반에 대한 이해에 결정적 역할

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변 광 성 연 구 의 중 요 성

• 질량, 반경, 광도, 온도, 내부및 외부구조, 화학적 조성비, 진화

• 이들 정보 중 어떤 것들은 얻어내기 어렵거나 불가능하기도 함

• 변광의 성질들이 정보를 알아내는 실마리를 제공해줌

• 다른 별들을 이해하는데 사용됨

•세페이드 변광성: 먼 은하의 거리와 나인 결정에 중요한 역할

•미라 변광성: 태양의 미래 진화의 모습을 알려줌

•격변변광성의 모임원반: 질량이 큰 블랙홀을 지닌 활동은하핵 내부의 거대 원반구조의 이해

•초신성: 우주의 가속팽창에 대한 현실적 이해

•외계행성의 성면통과: 행성계 형성과정에 대한 실마리 제공

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내부원인: 항성의 물리적 변화에 기인한 변광

외부원인: 항성의 식현상이나 자전효과에 의한 변광

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변 광 성 분 류

•맥동변광성

•격변변광성

•분출변광성

• 식 쌍성

• 자전 변광성