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황새치자리 S

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1. 개요

황새치자리 S는 S 도라두스 변광성 부류에 속하는 청색 거성 변광성(LBV)으로, 대마젤란 은하 내 NGC 1910 성단의 가장 밝은 구성원이다. 1897년 변광성으로 처음 기록되었으며, 수십 년간 불규칙적인 밝기 변화를 보이며 연구되었다. 황새치자리 S는 수개월 동안 작은 밝기 변화와 수년에 걸쳐 약 1등급의 변화를 보이며, 수십 년마다 11.5등급까지 어두워지는 특징을 보인다. 밝기에 따라 색깔과 스펙트럼이 변하며, 최대 밝기에서는 F형 초거성, 최소 밝기에서는 방출선이 지배적인 스펙트럼을 보인다. LBV의 전형적인 분출 상태와 불안정성 띠를 따르는 특징을 보이며, 물리적 특성 추정은 어렵지만, 온도는 20,000 K에서 9,000 K 사이, 광도는 태양의 80만 배에서 200만 배 사이로 변화하는 것으로 추정된다.

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황새치자리 S
기본 정보
S 도라두스
HII 영역 N119의 이미지. 중앙 오른쪽의 밝은 광원 두 개 중 아래쪽이 황새치자리 S 별임. 출처: ESO
별자리황새치자리
다른 이름HD 35343
CD-69 295
CPD-69 356
IRAS 05182-6918
AAVSO 0518-69
참고 자료Simbad=S+Doradus
관측 정보
적경 (J2000.0)05h 18m 14.3572
적위 (J2000.0)-69° 15' 01.148"
겉보기 등급8.6 – 11.5
변광성 유형황새치자리 S형
시선 속도228 km/s
고유 운동 (적경)1.735 밀리초/년
고유 운동 (적위)0.280 밀리초/년
시차0.0073
거리169,000 광년 (51,800 pc)
절대 등급-7.6 (1965년) - -10.0 (1989년)
특징
분광형B8/9eq – F0/5:Iae
B-V 색 지수+0.11
U-B 색 지수–0.98
물리적 특징
질량24 M☉ (+16/-2)
반지름 (극대기, 1989)380 R☉
반지름 (극소기, 1985)100 R☉
광도 (극대기, 1989)910,000 L☉
광도 (극소기, 1985)1,400,000 L☉
광도 (심한 극소기, 1965)2,000,000 L☉
표면 온도 (극대기, 1989)8,500 K
표면 온도 (극소기, 1985)20,000 K
표면 온도 (심한 극소기, 1965)35,000 K
표면 중력 (극대기, 1989)0.6
표면 중력 (극소기, 1985)1.6

2. 역사

S 도라두스는 1897년 Hα, Hβ, Hγ의 밝은 선을 가진 세키 I형의 특이하고 변광하는 별로 처음 기록되었다. 1904년 변광성 목록의 두 번째 보충 자료에서 공식적으로 S 도라두스라는 이름이 부여되며 변광성으로 인정받았다. 초기에는 변광성의 정체가 명확하지 않았으나, "불규칙적"이고 "신성과 같은" 변광성으로 여겨졌으며, 백조자리 P별과 같은 종류의 항성으로 분류되었다.

1925년에는 절대 등급이 -8.9로 추정되었으며, 이는 당시 알려진 가장 밝은 별 중 하나였다. 1943년에는 변동성이 40년 주기로 공전하는 쌍성 동반성의 식 현상으로 해석되었으나, 1956년에 변동성이 불규칙적이며 스펙트럼은 A0이고 P 백조자리 프로파일과 많은 스펙트럼 선에서 방출 현상이 나타난다는 사실이 밝혀지며 이 주장은 반박되었다.

1950년대부터 1960년대 초반까지의 스펙트럼을 종합하면, 광도 극소기에는 의 1계 전리 이온의 금지선이 두드러졌으며, 그 외에도 이온의 금지선이 보였던 반면, 광도 극대기에는 수소원자, 칼슘, 스칸듐, 티타늄, 크롬, 이온 성분이 P Cyg 프로파일로 보였고, 특히 티타늄과 스칸듐에서 흡수 성분이 강한 것이 특징적이었다.

1969년까지도 S 도라두스의 본질은 불확실하여 주계열전성 별일 가능성이 있는 것으로 여겨졌으나, 이후 S 도라두스형 변광성과 허블-샌디지 변광성이 진화한 거대 초거성이라는 데 의견이 모아졌다. 1984년, 이들은 "고광도 청색 변광성"(LBV)이라는 이름으로 명명되었다. 1983년 9월의 국제천문연맹 심포지엄에서 고광도 청색 변광성(LBV)이라는 명칭이 제안되어 널리 사용되게 되었다.

3. 주변 환경

대마젤란 은하(LMC)의 주요 막대 안에서 밝은 응축 형태로 쌍안경으로 볼 수 있는 산개 성단 NGC 1910(LH41 별 협회)의 가장 밝은 구성원이 황새치자리 S이다. 이 별은 독특한 나선형 모양을 가진 N119 방출 성운 내에 위치한다.

황새치자리 S 근처에는 NGC 1910/LH41 협회 내에 여러 개의 조밀한 성단이 있다. 가장 가까운 것은 4분각 이내에 있으며, LMC 전체의 WO 별 3개 중 2개를 포함하고 있고, 전체 성단은 황새치자리 S와 거의 같은 밝기이다. 조금 더 멀리에는 NGC 1916이 있다. 또 다른 밝은 청색변광성(LBV)인 R85는 불과 2분각 거리에 있다. 이 풍부한 별 생성 영역은 세 번째 울프-레이에별, 최소 10개의 다른 초거성 및 최소 10개의 O형 별을 포함한다.

황새치자리 S에는 여러 개의 가까운 동반성들이 있다. 워싱턴 이중성 목록에는 5″ 거리에 있는 11등급 별 두 개가 등재되어 있으며, 이는 LMC의 거리에서 약 4광년이다. 허블 우주 망원경 미세 유도 센서를 사용하여 훨씬 더 가까운 동반성이 발견되었으며, 1.7″ 거리에 있고 4등급 더 희미하다. 13″에 있는 12등급 OB 초거성도 있다.

4. 변광 특징

황새치자리 S는 자체 이름을 딴 S 도라두스 변광성 부류에 속하며, 청색거성변광성(LBV)으로도 지정된다. LBV는 때때로 발생하는 폭발을 동반하며, 밝기가 느리고 길게 변동하는 특징을 보인다. S 도라두스는 전형적으로 9등급의 별로, 몇 달의 기간 동안 몇 분의 1 등급 정도의 변화를 보이며, 수년에 걸쳐 약 1등급의 변화가 중첩된다. 몇십 년마다 밝기가 11.5등급까지 더 극적으로 감소하는 현상을 보인다. 이러한 변동의 특성은 LBV로서는 다소 특이하다. S 도라두스는 일반적으로 폭발 상태에 있으며, 이 부류의 대부분의 별에서 전형적인 정지 상태로 가끔씩만 쇠퇴한다.

2012년부터 2016년까지 S 도라두스의 광도 곡선. 2011년의 심각한 최솟값에서 천천히 상승하는 것에 겹쳐 미세 변동을 나타낸다.


S 도라두스의 색깔은 밝기가 변함에 따라 변화하며, 별이 가장 어두울 때 가장 푸른색을 띤다. 동시에, 스펙트럼은 극적인 변화를 보인다. 전형적으로 많은 선에서 P 시그니 프로파일을 가진 극심한 중 A형 초거성이다(예: A5eq 또는 A2/3Ia+e). 최대 밝기에서는 스펙트럼이 F형 초거성만큼 차가워질 수 있으며, 강한 이온화된 금속선과 방출 성분이 거의 없다. 최소 밝기에서는 스펙트럼이 방출, 특히 Fe의 금지선, 헬륨 및 기타 금속에 의해 지배된다. 깊은 최솟값에서는 이러한 특징이 더욱 두드러지며, Fe 방출도 나타난다.

4. 1. 변광 주기

황새치자리 S는 밝기가 예측할 수 없게 변하지만, 그 변화에서 규칙성을 찾으려는 시도가 있었다. 최대 밝기 부근에서는 작은 진폭의 변화가 약 100일 주기로 나타난다. 최소 밝기에서는 이러한 '미세 변동'이 최대 195일 주기로 발생하는 것으로 보인다. 더 느린 변화는 6.8년 주기로 나타나며, 깊은 최솟값 사이에는 35~40년의 간격이 있다. 미세 변동은 알파 백조자리 변광성이 보여주는 밝기 변화와 유사하다.

5. 불안정대

H–R도에서 ''S 도라두스 불안정성 띠''라고 불리는 대각선 띠를 따라 황새치자리 S 변광성(LBV)은 뚜렷한 정지 상태와 분출 상태를 보인다. 더 밝은 LBV는 더 높은 온도를 갖는다.

표준 이론에 따르면 LBV 분출은 질량 손실이 증가하고 극도로 밀도가 높은 항성풍이 가상 광구를 생성할 때 발생한다. 온도는 바람의 불투명도가 감소하기 시작할 때까지 떨어지는데, 이는 모든 LBV 분출이 약 8,000–9,000 K의 온도에 도달한다는 것을 의미한다. 분출 중의 볼로미터 광도는 크게 변하지 않는 것으로 간주되지만, 복사가 자외선에서 가시 범위로 이동함에 따라 시각 광도가 증가한다. 상세한 연구에 따르면 일부 LBV는 최소에서 최대로 광도가 변하는 것으로 보인다. 황새치자리 S는 최대 밝기(최소 온도)에서 광도가 더 낮다고 계산되었으며, 이는 상당 부분의 별의 팽창에 들어가는 잠재 에너지의 결과일 수 있다.

6. 물리적 특성


  • 반 젠데렌(2001), 색지수에서 유도된 최소 온도
    - 라머스(1995), 비-LTE 모델 대기에서 유도된 속성
    - 험프리스 & 데이비슨(1994), 최소 온도에서 광도 상수 가정||right]]

밝은 청색변광성(LBV)의 온도는 스펙트럼이 매우 특이하고 표준 색상 보정을 적용할 수 없기 때문에 결정하기 어렵다. 따라서 밝기 변화와 관련된 광도 변화를 정확하게 계산할 수 없다. 오차 범위 내에서, 광도가 모든 LBV 분출 동안 일정하게 유지된다고 가정하는 경우가 많았다. 이는 분출이 더 크고 차가운 별을 모방하기 위해 가짜 광구만을 형성하는 불투명한 별풍으로 구성된 경우에 가능하다.

더 나은 대기 물리학과 일부 LBV 분출 동안의 광도 변화 관찰은 원래 모델에 의문을 제기했다. 황새치자리 S의 대기는 1985년 10.2 등급의 정상 최소값과 1989년 9.0 등급의 최대값 사이에서 자세히 모델링되었는데, 온도는 20,000K에서 9,000K로 떨어지는 것으로 계산되었으며, 광도는 에서 로 떨어졌다. 이는 별의 가시 표면의 반경이 100R☉에서 380R☉으로 증가하는 것에 해당한다. 1965년 11.5 등급의 딥 최소값에서 1989년 최대값까지의 변동을 간단하게 계산하면 온도가 35,000K에서 8,500K로 떨어지고 광도는 에서 으로 떨어진다. 1999년 말 최대값 동안 잠시 동안 온도는 7,500K에서 8,500K 사이로 더 떨어졌지만 밝기는 눈에 띄게 변하지 않았다. 이것은 최대값에서 다른 LBV에서는 정상적이며, 그들이 얻을 수 있는 가장 차가운 온도이지만, 황새치자리 S에서는 이전이나 이후에 관찰되지 않았다. AG 카리나의 관찰에 따르면 최소값과 최대값 사이의 광도 변화는 작은 온도 범위에서 갑자기 발생할 수 있으며, 나머지 광도 곡선 동안에는 광도가 대략 일정하다.

LBV의 질량은 이중성계에 있지 않는 한 직접 계산하기 어렵다. 표면 중력은 극적으로 변하고 특이한 스펙트럼 선에서 측정하기 어려우며 반경은 제대로 정의되지 않는다. LBV는 울프-레이에별의 직접적인 전구체로 생각되지만, 주계열성에서 진화했거나 질량이 훨씬 낮은 적색 초거성 이후의 별일 수 있다. 황새치자리 S의 경우 현재 질량은 20M☉에서 45M☉ 범위에 있을 가능성이 높다.

황새치자리 S별의, 극소기와 극대기에서의 HR도 상에서의 위치. 3가지 해석으로 추정한 결과를 나타낸다.


황새치자리 S별은 LBV에 특유한 스펙트럼 성분의 존재에 더해, 발머 연속광이나 자외선 초과가 보이는 것, 그리고 멀리 떨어진 천체이기 때문에 성간 소광의 평가도 어려운 점 때문에, 온도 등의 물리량을 추정하는 것은 난제이며, 방법에 따라 크게 차이가 난다.

1985년의 극소기와, 그에 이은 1989년의 극대기를 비교 분석한 결과, 광구의 반지름이 태양의 100배에서 380배로 변화, 온도는 20,000K에서 9,000K로 저하, 광도는 태양의 130만 배에서 80만 배로 감소한 것으로 보인다. 1965년에 특히 깊은 극소를 맞이했을 때는, 온도가 34,700K, 광도가 태양의 200만 배였다고 추정된다. 같은 1985년의 극소기와 1989년의 극대기에서도, 다른 방법으로 분석하면, 극소기의 온도가 15,000K, 반지름이 태양의 160배, 극대기의 온도가 8,000K, 반지름이 태양의 460배로, 추정값에 차이가 있다. 극대기 중이었던 1999년에는, 온도가 7,500K 정도로 저하하여, 스펙트럼형이 F형이 되었다. 이 극대기의 시작이었던 1996년과 비교하면, 이 시기는 0.3등급 정도 밝았지만, 그 차이는 미미하다. 이러한 온도 저하와 스펙트럼의 변화는, 다른 LBV에서는 알려져 있었지만, 황새치자리 S별에서 확인된 것은 이것이 처음이다.

LBV의 스펙트럼의 특이성은, 질량의 결정 또한 어렵게 만들고 있으며, 분광 관측으로부터 정밀한 추정을 할 수 없다. 질량을 추정하려면, 항성 진화의 이론과, 관측으로부터 추정한 광도·온도와의 비교를 통해 이루어지며, 이 또한 전제 조건에 따라, 질량이 태양의 약 50배로 하는 것부터, 24±16배로 하는 것까지 폭이 있다.

참조

[1] 문서
[2] 문서
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