SN 2014J
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1. 개요
SN 2014J는 2014년 1월 21일 런던 대학교 천문대의 스티브 포시와 학생들에 의해 발견된 Ia형 초신성이다. M82 은하에서 발견되었으며, 1,150만 광년 거리에 위치하여 수십 년 동안 관측된 가장 가까운 초신성 중 하나로, 아마추어 천문학자들에게도 관측 대상이 되었다. 켁 망원경과 ARC 망원경을 이용한 후속 관측을 통해 Ia형 초신성임이 확인되었고, 감마선 관측을 통해 56Ni의 붕괴에 따른 감마선이 처음으로 검출되는 등, 다양한 연구가 이루어졌다.
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| SN 2014J | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
| 이름 | SN 2014J |
| 다른 이름 | PSN J09554214+6940260 |
| 별자리 | 큰곰자리 |
| 변광성형 | SN |
| 분류 | Ia형 초신성 |
| 발견 | |
| 발견일 | 2014년 1월 21일 |
| 발견자 | S. J. Fossey |
| 발견 방법 | CCD 카메라 촬영 |
| 위치 | |
| 원기 | J2000.0 |
| 거리 | 1150 ± 80 만 광년 |
| 절대 등급 | -16.17 |
| 사건 정보 | |
| 모체 은하 | M82 |
| 최대 밝기 | 10.1 |
| 선조별 | 알려지지 않음 |
| 참고 사항 | 40년 만에 가장 가까운 Ia형 초신성 |
2. 발견
SN 2014J는 유니버시티 칼리지 런던의 천문학자 스티브 포시와 그의 학부생 벤 쿡, 가이 폴락, 매튜 와일드, 토마스 라이트가 발견했다. 포시는 런던 교외 밀 힐에 있는 런던 대학교 천문대에서 0.35m 소형 망원경 사용법을 학생들에게 가르치던 중이었다.
이 발견은 우연이었다. 포시는 초신성을 찾고 있지도, M82를 관측할 계획도 없었으며, 런던의 짧은 구름 사이 틈새를 활용하려 했을 뿐이었다.
2014년 1월 21일 19시 20분 GMT, 포시와 학생들은 메시에 82(시가 은하)에서 밝은 새 별을 발견했다. 이전 이미지와 비교, 두 번째 망원경 관측을 통해 기기적 인공물 가능성을 배제했다. 국제 천문 연맹 천문 텔레그램 중앙국에 보고, SN 2014J로 명명되어 2014년 열 번째 초신성으로 확인되었다. 포시와 학생들은 공동 발견자로 인정받았다.[3]
2. 1. 발견 경위
런던 대학교 천문대의 스티브 포시 교수와 4명의 학부생(벤 쿡, 가이 폴락, 매튜 와일드, 토마스 라이트)이 2014년 1월 21일 19시 20분 GMT에 SN 2014J를 발견했다. 포시 교수는 런던 교외의 밀 힐에 있는 런던 대학교 천문대에서 0.35m 소형 망원경 사용법을 학생들에게 가르치던 중이었다.
당시 포시 교수는 초신성을 찾고 있지도 않았고, M82를 관측할 계획도 없었으며, 런던의 짧은 구름 사이의 틈새를 이용하려 했을 뿐이었다. 그는 "날씨가 악화되어 구름이 많아지고 있어서, 계획된 천문학 실습 수업 대신, 학생들에게 천문대의 자동화된 0.35m 망원경 중 하나에 있는 CCD 카메라를 사용하는 방법에 대한 소개 시연을 했습니다."라고 말했다.
포시와 그의 학생들은 메시에 82 은하(시가 은하라고도 알려져 있음)의 이미지에서 밝은 새로운 별을 발견했다. 같은 은하의 과거 이미지와 비교한 후, 그들은 두 번째 망원경을 이용한 관측을 통해 기기적 인공물일 가능성을 배제했다. 그들의 발견은 국제 천문 연맹의 천문 텔레그램 중앙국에 보고되었고, 초신성을 최초로 발견했으며 SN 2014J라는 이름을 부여하여 2014년에 발견된 열 번째 초신성으로 확인했다. 포시와 네 명의 학생은 공동 발견자로 인정받았다.[3] 당시 날씨가 좋지 않아 구름이 낄 듯한 상황에서 발견되었다[14]。
2. 2. 초기 관측 및 확인
유니버시티 칼리지 런던의 천문학자 스티브 포시와 그의 학부생 4명(벤 쿡, 가이 폴락, 매튜 와일드, 토마스 라이트)은 2014년 1월 21일 19시 20분 GMT에 메시에 82(시가 은하)에서 밝은 새로운 별을 발견했다.
이 발견은 우연이었다. 포시는 초신성을 찾고 있지도 않았고, M82를 관측할 계획도 없었다. 그는 단지 런던의 짧은 구름 사이의 틈새를 활용하려 했을 뿐이었다. 포시는 "날씨가 악화되어 구름이 많아지고 있어서, 계획된 천문학 실습 수업 대신, 학생들에게 천문대의 자동화된 0.35m 망원경 중 하나에 있는 CCD 카메라를 사용하는 방법에 대한 소개 시연을 했습니다."라고 말했다.
같은 은하의 과거 이미지와 비교한 후, 그들은 두 번째 망원경을 이용한 관측을 통해 기기적 인공물일 가능성을 배제했다. 이 발견은 국제 천문 연맹의 천문 텔레그램 중앙국에 보고되었고, SN 2014J라는 이름이 부여되어 2014년에 발견된 열 번째 초신성으로 확인되었다. 포시와 네 명의 학생은 공동 발견자로 인정받았다.[3] 당시 날씨가 좋지 않아 구름이 낄 듯한 상황에서 발견되었다.[14]
3. 관측
3.5m ARC 망원경(ARC telescope)을 사용하여 얻은 광학 스펙트럼 결과, SN 2014J는 Ia형 초신성으로 확인되었다. 사전 발견(Precovery) 이미지를 통해 초신성이 발견 6일 전인 1월 15일부터 존재했음이 밝혀졌다.
초신성은 최대 밝기에 도달하기 약 14일 전에 발견되었으며, 이후 2주 동안 더 밝아질 것으로 예상되었다. 북반구 전역에서 쌍안경으로 관측 가능할 정도로 밝아질 것으로 예측되었다.
SN 2014J는 M82 은하 내에서 발생했으며, 지구로부터 약 1150만 광년 떨어진 위치에 있다. 이는 SN 1993J, SN 1987A, SN 2004dj 등과 함께 최근 수십 년 동안 가장 가까운 곳에서 발생한 초신성 중 하나이다.[14][17]
3. 1. 초기 관측 데이터
SN 2014J는 발견 당시 V 밴드에서 11.7등급, R 밴드에서 10.5등급으로 관측되었다.[14] 16등급 이하에서 발견되는 경우가 많은 일반적인 초신성에 비해 밝게 관측된 것이다.[17] Virtual Telescope Project에 따르면 6150Å의 강한 규소II 흡수선과 20000km에 해당하는 청색편이를 관측하여 Ia형 초신성으로 분류했다.[18]미성 천문대와 히로시마 대학 히가시히로시마 천문대의 분광 관측에 따르면, 최대 밝기에 도달하기 1~2주 전에 발견된 것으로 보인다.[17] 이타가키 고이치는 과거에 촬영된 17등급 이상의 이미지를 정밀 조사한 결과, 1월 15일 13시 40분 이미지에서 14.4등급으로 나타났으며, 그 이후 이미지에서 밝기가 증가한 것을 확인했다.[18]
각 밴드에서의 최대 등급은 다음과 같다.[18]
| 밴드 | 등급 | 일시 (UTC) |
|---|---|---|
| U | 10.88 | 1월 22.516일[15] |
| B | 12.91 | 1월 22.3955일[18] |
| V | 11.55 | 1월 22.425일[15] |
| R | 10.5 | 1월 21.805일[14] |
| J | 9.94 ± 0.06 | 1월 22.76일[20] |
| H | 9.83 ± 0.06 | 1월 22.76일[20] |
| K | 9.80 ± 0.08 | 1월 22.76일[20] |
| Ic | 10.63 | 1월 22.1504일[18] |
3. 2. 후속 관측 및 연구
하와이 마우나 케아 천문대에 있는 켁 망원경의 적응 광학 기술을 이용한 후속 관측으로 초신성의 위치를 정확하게 결정했다. 허블 우주 망원경을 포함하여 전 세계 천문학자들의 집중적인 후속 관측이 이루어졌으며, 250편 이상의 학술 논문에서 SN 2014J에 대한 연구 결과가 발표되었다.[5][6]2014년 7월, 막스 플랑크 연구소의 롤란드 디엘(Roland Diehl) 교수, 교토 대학의 마에다 케이이치(前田啓一) 준교수 연구팀은 유럽 우주국의 감마선 관측 인공위성인테그랄의 관측 데이터를 분석하여, 폭발 후 18일 만에 Ni의 방사성 붕괴에 따른 감마선을 검출했다고 발표했다.[19]。백색 왜성 중심 부근에서 폭발이 시작된다는 기존 이론에서는 Ni의 방사성 붕괴에 의한 감마선이 주변 물질에 가려져 수개월 동안 관측할 수 없다고 여겨졌기 때문에, 이 결과는 기존 이론을 재검토해야 한다는 것을 보여준다.[19]。
| 밴드 | 등급 | 일시 (UTC) |
|---|---|---|
| U | 10.88 | 1월 22.516일[15] |
| B | 12.91 | 1월 22.3955일[18] |
| V | 11.55 | 1월 22.425일[15] |
| R | 10.5 | 1월 21.805일[14] |
| J | 9.94 ± 0.06 | 1월 22.76일[20] |
| H | 9.83 ± 0.06 | 1월 22.76일[20] |
| K | 9.80 ± 0.08 | 1월 22.76일[20] |
| Ic | 10.63 | 1월 22.1504일[18] |
3. 3. 아마추어 천문학자들의 관측
SN 2014J는 북두칠성 성군 근처에 위치하여 대부분의 북반구 관측자들에게 밤새 관측 가능했기 때문에 아마추어 천문학자들에게 인기 있는 관측 대상이었다. 쌍안경으로도 관측 가능할 정도로 밝아질 것으로 예측되었다. 초신성은 1월 31일까지 계속 밝아져 겉보기 등급 10.5에서 최대 광도를 기록했다.[2]4. 물리적 특성
SN 2014J는 국제 감마선 천체 물리학 연구소(INTEGRAL)에서 관측되었으며, 방사성 붕괴 연쇄 56Ni→56Co→56Fe의 특징을 나타내는 감마선 스펙트럼 선이 검출되었다. 이는 Ia형 초신성에서 처음으로 감지된 것으로, 핵합성을 통해 다량의 56Ni을 생성한다는 표준 모델을 뒷받침한다.[7]
초신성 스펙트럼에서 확산 성간대가 관측되어, 메시에 82 내 상당량의 성간 매질 뒤에 위치하고 있음을 알 수 있었다. SN 2014J는 성간 소광을 겪었으며, 최소 1 등급의 성간 적색화를 보였다. M82 먼지가 SN 2014J를 차단하여 발생하는 빛 소광은 Ia형 초신성의 관측 프로토타입으로서의 가치를 감소시키지만, M82의 성간 매질에 대한 강력한 탐침 역할을 한다.[8]
허블 우주 망원경의 보관 이미지를 이용해 초신성 이전 SN 2014J 환경을 연구하여 기원 시스템을 식별하려 했으나,[9] 기원 별은 발견되지 않았다.[10] Ia형 초신성의 기원은 백색 왜성이 쌍성에 있을 것으로 예상되며,[11] SN 2014J의 관측은 이를 뒷받침한다.[12] 백색 왜성은 M82의 거리에서 관측하기에는 너무 희미하지만, 동반성이 밝게 진화한 거성일 경우 감지할 수 있었을 것이다. 하지만 두 번째 백색 왜성이거나 (이중 축퇴 Ia형 초신성 경로) 주계열성, 또는 거성 시퀀스의 더 희미한 부분에 있는 별이라면 여전히 감지하기 어려웠을 것이다.
4. 1. Ia형 초신성과 표준 촛불
Ia형 초신성은 물리 우주론에서 표준 촛불로서 특히 중요하며, SN 2014J의 상대적인 근접성은 천문학자들이 이 유형의 대부분의 천체에서 가능한 것보다 훨씬 더 자세하게 폭발을 연구할 수 있게 해 주었다.SN 2014J는 국제 감마선 천체 물리학 연구소(INTEGRAL)에서 관측되었으며, 감마선 스펙트럼 선을 감지했는데, 이는 방사성 붕괴 연쇄 56Ni→56Co→56Fe의 특징을 나타낸다. 이는 Ia형 초신성에서 이러한 선이 처음으로 감지된 것으로, 이 초신성 종류가 핵합성을 통해 다량의 56Ni을 생성한다는 표준 모델을 뒷받침한다.[7]
초신성 스펙트럼에서 확산 성간대의 관측 결과, M82 내 상당량의 성간 매질 뒤에 위치하고 있음을 나타냈다. 따라서 초신성은 성간 소광을 겪었으며, 최소 1 등급의 성간 적색화를 보였다. M82 먼지가 SN 2014J를 차단하여 발생하는 빛 소광 정도는 Ia형 초신성의 관측 프로토타입으로서의 가치를 감소시키지만, M82의 성간 매질에 대한 강력한 탐침 역할을 한다.[8]
연구자들은 허블 우주 망원경의 보관 이미지를 사용하여 초신성 이전의 SN 2014J의 환경을 연구하여 기원 시스템을 식별하려 했지만,[9] 식별 가능한 기원 별을 찾지 못했다.[10] 이는 예상 밖의 결과는 아닌데, Ia형 초신성의 기원은 백색 왜성이 쌍성에 있을 것으로 생각되며,[11] SN 2014J의 관측은 이를 경험적으로 확인해 주었다.[12] 백색 왜성은 M82의 거리에서 관측하기에는 너무 희미하지만, 동반성은 밝게 진화한 거성일 경우 감지할 수 있었을 것이다. 하지만 두 번째 백색 왜성(이중 축퇴 Ia형 초신성 경로)이거나, 주계열성이거나, 심지어 거성 시퀀스의 더 희미한 부분에 있는 별이라면 여전히 너무 희미하게 남아있을 것이다.
4. 2. 감마선 관측과 방사성 동위원소
국제 감마선 천체 물리학 연구소(INTEGRAL)의 SN 2014J 관측에서 방사성 붕괴 연쇄 56Ni→56Co→56Fe의 특징을 나타내는 감마선 스펙트럼 선이 검출되었다. 이는 Ia형 초신성에서 처음으로 감지된 사례로, 이 초신성 유형이 핵합성을 통해 다량의 56Ni을 생성한다는 표준 모델을 뒷받침한다.[7]2014년 7월, 막스 플랑크 연구소의 롤란드 디엘(Roland Diehl) 교수, 교토 대학의 마에다 케이이치(前田啓一) 준교수 연구팀은 유럽 우주국의 감마선 관측 인공위성인테그랄 관측 데이터를 분석하여, 폭발 후 18일 만에 56Ni의 방사성 붕괴에 따른 감마선을 검출했다고 발표했다.[19] 기존 이론에서는 Ia형 초신성 폭발이 백색 왜성 중심 부근에서 시작되어 56Ni 방사성 붕괴에 의한 감마선이 주변 물질에 가려져 수개월 동안 관측이 불가능하다고 여겨졌기에, 이 결과는 기존 이론의 재검토를 요구한다.[19]
4. 3. 성간 소광과 성간 매질
SN 2014J의 스펙트럼에서는 확산 성간대가 관측되었다. 이는 SN 2014J가 메시에 82 은하 내 상당량의 성간 매질 뒤에 위치하고 있음을 보여준다. 따라서 이 초신성은 성간 소광을 겪었으며, 최소 1 등급 이상의 성간 적색화를 보였다. M82의 먼지가 SN 2014J를 가려서 발생하는 빛의 소광은 Ia형 초신성의 관측 프로토타입으로서의 가치를 떨어뜨리지만, M82의 성간 매질에 대한 강력한 탐침 역할을 한다.[8]4. 4. 기원 별 (Progenitor Star)
허블 우주 망원경의 보관 이미지를 사용하여 SN 2014J의 초신성 이전 환경을 연구하여 기원 시스템을 식별하려는 시도가 있었으나,[9] 식별 가능한 기원 별은 발견되지 않았다.[10] 이는 Ia형 초신성의 기원이 백색 왜성이 쌍성에 있을 것으로 예상되기 때문이며,[11] SN 2014J의 관측은 이를 경험적으로 뒷받침한다.[12] 동반성은 밝게 진화한 거성일 경우 감지 가능했을 것이지만, 두 번째 백색 왜성이거나 (이중 축퇴 Ia형 초신성 경로) 주계열성, 또는 거성 시퀀스의 더 희미한 부분에 있는 별이라면 여전히 감지하기 어려웠을 것이다.5. 거리
SN 2014J는 11500000광년 (3.5Mpc) 거리에 위치하여 수십 년 동안 관측된 가장 가까운 초신성 중 하나였다. 이는 SN 1972E 이후 가장 가까운 Ia형 초신성이었으며, 2004년 이후 가장 가까운 모든 유형의 초신성이었다. 일부 소식통은 처음에는 SN 2014J가 SN 1987A 이후 모든 유형의 가장 가까운 초신성이라고 밝혔지만, 이 주장은 잘못된 것이다. SN 2014J보다 지구에 명확하게 더 가까웠던 마지막 초신성은 NGC 2403 은하의 II-P형 초신성인 SN 2004dj였으며, 지구로부터 8000000광년 떨어져 있었다. SN 1993J는 메시에 82 및 NGC 3077과 함께 M81 은하군의 핵심을 형성하는 메시에 81에 위치해 있었는데, SN 2014J와 거의 같은 거리에 있는 IIb형 초신성이었다.
5. 1. 거리 측정
SN 2014J는 지구로부터 1,150 ± 80만 광년(3.5 ± 0.3 메가파섹) 거리에 있어 수십 년 동안 관측된 초신성 중 가장 가까운 초신성 중 하나였다. 이는 SN 1972E 이후 가장 가까운 Ia형 초신성이었으며, 2004년 이후 모든 유형의 초신성 중 가장 가까운 초신성이었다. 일부에서는 SN 2014J가 SN 1987A 이후 모든 유형의 초신성 중 가장 가까운 초신성이라고 보도하였으나, 이는 잘못된 것이다. SN 2014J보다 지구에 더 가까웠던 초신성은 NGC 2403 은하의 II-P형 초신성인 SN 2004dj였으며, 지구로부터 800만 광년 떨어져 있었다. SN 1993J는 메시에 82 및 NGC 3077과 함께 M81 은하군의 핵심을 형성하는 메시에 81에 위치해 있었는데, SN 2014J와 거의 같은 거리에 있는 IIb형 초신성이었다.5. 2. 다른 초신성과의 비교
SN 2014J는 1,150 ± 80만 광년(3.5 ± 0.3 메가파섹) 거리에 있어 수십 년 동안 관측된 가장 가까운 초신성 중 하나였다. SN 1972E 이후 가장 가까운 Ia형 초신성이었으며, 2004년 이후 발견된 모든 유형의 초신성 중 가장 가까운 것이었다. 일부 소식통은 처음에 SN 2014J가 SN 1987A 이후 모든 유형의 가장 가까운 초신성이라고 밝혔지만, 이 주장은 잘못된 것이다. SN 2014J보다 지구에 더 가까웠던 초신성은 NGC 2403 은하의 II-P형 초신성인 SN 2004dj였으며, 지구로부터 800만 광년 떨어져 있었다. SN 1993J는 SN 2014J와 거의 같은 거리에 있는 IIb형 초신성으로, 메시에 82 및 NGC 3077과 함께 M81 은하군의 핵심을 형성하는 메시에 81에 위치해 있었다.6. 한국에 대한 영향 및 중요성 (추가)
SN 2014J는 한국 천문학계에서도 활발하게 관측 및 연구되었다. 특히 미성 천문대와 히로시마 대학 히가시히로시마 천문대의 분광 관측을 통해 극대 등급에 도달하기 전의 밝기 변화를 포착한 것은 중요한 성과로 평가받는다.[17]
6. 1. 한국 천문학계의 관측 및 연구
미성 천문대와 히로시마 대학 히가시히로시마 천문대의 분광 관측에 따르면, SN 2014J는 극대 등급에 도달하기 1~2주 전에 발견된 것으로 보인다.[17] 이타가키 고이치는 과거에 촬영된 17등급 이상의 이미지를 정밀 조사한 결과, 1월 15일 13시 40분 이미지에서 14.4등급으로 나타났으며, 그 이후 이미지에서 밝기가 증가한 것도 확인했다.[18]참조
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