WR 104
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1. 개요
WR 104는 울프-레이에별과 동반성으로 이루어진 삼중성계로, 특징적인 방출선 스펙트럼을 보인다. 두 별의 항성풍 상호 작용으로 형성된 나선형 성운인 "풍차 성운"으로 둘러싸여 있으며, 수십만 년 이내에 초신성 폭발을 일으킬 가능성이 있다. 또한 감마선 폭발 가능성도 제기되었으나, 현재로서는 가능성이 낮다고 여겨진다.
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| WR 104 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 명칭 | WR 104 |
| 위치 | 궁수자리 |
| 겉보기 등급 | 13.28 (12.7 - 14.6) + 15.36 |
| 별자리 | 궁수자리 |
| 거리 | 2,580 pc () |
| 특징 | |
| 유형 | 볼프-라이에별 |
| 분광형 | WC9d/B0.5V + O8V–O5V |
| 절대 등급 | -5.4 (-4.8 + -4.6) |
| 질량 (전체) | 30 태양질량 |
| 광도 (전체) | 120,000 태양광도 |
| 나이 | 700만 년 |
| 궤도 요소 | |
| 공전 주기 | 241.5일 |
| 이심률 | < 0.06 |
| 궤도 경사 | < 16 |
| 긴반지름 | 2.34 AU |
| 구성 요소 (WR) | |
| 질량 | 10 태양질량 |
| 반지름 | 3.29 R☉ |
| 광도 | 40,000 태양광도 |
| 표면 온도 | 45,000 K |
| 구성 요소 (OB) | |
| 질량 | 20 태양질량 |
| 반지름 | 10 R☉ |
| 광도 | 80,000 태양광도 |
| 표면 온도 | 30,000 K |
| 구성 요소 (B) | |
| 반지름 | 7.98 R☉ |
| 광도 | 68,000 태양광도 |
| 표면 온도 | ≥33,000 K |
| 위치 및 지도 정보 | |
| 식별 | |
| 변광성 명칭 | V5097 Sgr |
| 기타 명칭 | IRAS 17590-2337 UCAC2 22296214 CSI−23-17590 IRC −20417 RAFGL 2048 MSX6C G006.4432-00.4858 Ve 2-45 |
| 추가 정보 | |
| 심바드 | WR 104 |
2. 항성계
WR 104는 울프-레이에 별과 동반성으로 이루어진 항성계이다. 주성 A는 강력한 항성풍으로 바깥 수소층이 날아가고 헬륨층이 드러난 울프-레이에 별 중에서도 탄소와 헬륨의 휘선이 뚜렷한 WC형으로 분류된다.[24] 반성 B는 초기 B형 주계열성으로 분류된다.[24] 두 별은 1.9 ~ 2.6 천문 단위 떨어진 궤도를 241.5일의 공전 주기로 공전하고 있으며,[6][25] 연성계는 태양 질량의 20~50배 질량을 가진 것으로 추정된다.[25]
이 항성계는 "풍차 성운" (Pinwheel Nebula) 이라고 불리는 나선형의 성간 먼지로 덮여 있다. 이 성간 먼지 구름은 200au가 넘는 길이의 나선형을 그리고 있다.[26] 이는 두 별에서 나오는 항성풍으로 날려 보내진 가스의 흐름이 연성의 공전 운동으로 인해 얽히고 비틀린 상태가 되고, 가스 꼬리 부분에서 뜨거운 성간 먼지가 생성되기 때문이다.[26]
WR 104는 수십만 년 안에 Ib형 또는 Ic형 초신성 폭발을 일으킬 가능성이 있으며,[26] 극초신성이 된다면 감마선 폭발이 발생할 가능성도 제기되고 있다.[26] 감마선 폭발은 초신성의 극 방향으로 향하는 것으로 알려져 있지만, 여러 광학적 측정 결과 WR 104의 회전축은 지구에서 16도 정도 벗어나 있다고 한다.[6] 새로운 분광 데이터에서는 WR 104의 회전축이 지구에서 30도에서 40도 각도로 기울어져 있다고 제시한다.
2001년 아마추어 천문가인 하세다 가쓰미가 WR 104가 11.8등성에서 14.5등성 이하로 변동하는 변광성임을 발견했다.[23]
2. 1. 구성원
WR 104는 세 개의 별로 구성된 삼중성계이다. 중심부에는 울프-레이에별과 B0.5 주계열성으로 이루어진 분광쌍이 존재한다. 울프-레이에별은 주계열성보다 시각적으로는 어둡지만, 스펙트럼을 지배하고 더 밝기 때문에 일반적으로 주성으로 간주된다.[13] 두 별은 약 2 AU 떨어져 거의 원형 궤도를 돌며, 241.5일마다 서로 공전한다.[6]시각적으로 분해되는 또 다른 동반성은 분광쌍보다 1.5등급 어둡고, 약 1각초 떨어져 있다.[13] 궤도 운동은 관찰되지 않지만, 물리적으로 연결된 것으로 추정된다. 이 동반성은 색상과 밝기로 보아 뜨거운 주계열성일 것으로 예상된다.[13]
WR 104의 주성 A는 울프-레이에 별로, 강력한 항성풍으로 외층의 수소를 날려 보내고 헬륨층이 드러난 별이다. 특히 탄소와 헬륨의 휘선이 두드러지는 WC형으로 분류된다. 반성 B는 초기 B형 주계열성으로 분류된다. 두 별은 1.9 ~ 2.6 천문 단위 떨어진 궤도를 241.5일의 공전 주기로 돌고 있다. 이 연성계는 태양 질량의 20~50배의 질량을 가진 것으로 추정된다.
이 연성계는 "풍차 성운"이라고 불리는 나선형의 성간 먼지로 덮여 있다. 이 성운은 두 별에서 나오는 항성풍으로 날려 보내진 가스가 연성의 공전 운동으로 인해 얽히고 비틀린 상태가 되어, 가스 꼬리 부분에서 생긴 뜨거운 성간 먼지 때문에 형성된다.
2. 2. 분광쌍의 특징
WR 104는 분해 가능한 동반성과 분해되지 않는 분광학적 동반성을 가지고 있어 삼중계를 이룬다.[13]분광쌍은 울프-레이에별과 B0.5 주계열성으로 구성되어 있다. WR별은 주계열성보다 시각적으로 0.3등급 어둡지만, 스펙트럼의 외관을 지배하고 더 밝기 때문에 일반적으로 주성으로 간주된다. 두 별은 약 2AU 떨어져 거의 원형 궤도를 돌고 있으며, 이는 추정 거리에 따라 약 1밀리-각초에 해당한다.[13] 두 별은 작은 경사각(즉, 거의 정면)으로 241.5일마다 공전한다.[6]
시각적으로 분해된 동반성은 결합된 분광쌍보다 1.5등급 어둡고 거의 1각초 떨어져 있다. 궤도 운동이 관찰되지 않았지만 물리적으로 연관된 것으로 생각된다. 색상과 밝기로 미루어 보아 뜨거운 주계열성일 것으로 예상된다.[13]
3. 바람개비 성운 (Pinwheel Nebula)
켁 구경 마스킹 실험의 일환으로 발견된 WR 104는 두 별의 항성풍이 회전하고 공전하면서 상호작용하여 형성된 직경 200 천문 단위 이상의 독특한 먼지 늑대-레이에트 성운으로 둘러싸여 있다.[8] 성운의 나선형 외관으로 인해 핀휠 성운이라는 이름이 사용되었다.[8] 이 성간 먼지 성운은 200au를 넘는 길이의 나선형을 그리고 있다. 이는 두 별로부터의 항성풍으로 날려 보내진 가스의 흐름이 연성의 공전 운동에 의해 얽히고 비틀린 상태가 되어, 가스의 꼬리 부분에서 생긴 뜨거운 성간 먼지 때문이다.
나선의 둥근 모양은 시스템이 거의 극 방향으로 보인다는 결론으로 이어지며, 핀휠 유출 패턴으로부터 220일의 거의 원형 궤도 주기가 추정되었다.[16]
4. 초신성 및 감마선 폭발 가능성
WR 104는 핵붕괴 초신성과 감마선 폭발(GRB)을 일으킬 가능성이 있는 별이다.
WR 104 시스템의 두 별, 특히 울프-레이에 별은 수명이 다하면 초신성 폭발을 일으킬 것으로 예상된다. 이 폭발은 수십만 년 안에 일어날 수 있으며, 지구에 잠재적 위험을 초래할 수 있다는 우려가 제기되었다.[17]
천체 물리학자들은 WR 104가 감마선 폭발을 일으킬 가능성에 대해서도 연구해왔다.[18][16] 울프-레이에 별이 초신성 폭발 직전 충분히 빠르게 자전하면, 상대론적 제트를 통해 고에너지 방사선을 방출하며 장기간 감마선 폭발을 일으킬 수 있다. 그러나 WR 104의 경우, 이러한 감마선 폭발 가능성은 낮게 평가되고 있다.[16]
WR 104에서 방출되는 제트가 태양계를 향할 경우, 지구와 생물권에 심각한 피해를 줄 수 있다. 하지만, 여러 연구 결과와 피터 투힐의 언급에 따르면, 이러한 위험은 극히 드물며, 울프-레이에 별이 특별한 조건들을 만족시켜야 한다.[20]
감마선 폭발은 주로 낮은 금속 함량을 가진 은하에서 발생하며, 우리 은하에서는 아직 관측되지 않았다. 일부 천문학자들은 WR 104가 감마선 폭발을 생성할 가능성이 낮다고 보며, 투힐은 그 확률을 약 1% 정도로 추정한다.[21]
WR 104의 회전축이 지구를 향해야 감마선 폭발의 영향을 받을 수 있는데, 현재 추정되는 각도는 0도에서 45도 사이이다.[22] 또한, 제트의 "개구 각도"는 2도에서 20도 사이로 추정된다.
4. 1. 초신성 전구체
WR 104 시스템의 두 별은 모두 핵붕괴 초신성으로 생을 마감할 것으로 예측된다. 볼프-레이에별은 수명 주기의 마지막 단계에 있으며, OB별보다 훨씬 더 빨리 초신성이 될 것으로 예상된다. 이는 앞으로 수십만 년 이내에 발생할 것으로 예측된다.[16] 태양계와 비교적 가깝기 때문에 WR 104가 미래에 지구의 생명체에 위험을 가할 수 있는지에 대한 의문이 제기되었다.[17]WR 104의 주성 A는 울프-레이에 별이라고 불리며, 자신의 강력한 항성풍으로 외층의 수소를 날려 버리고 헬륨층이 드러난 항성이다. 반성 B는 초기 B형 주계열성으로 분류된다. 두 별은 1.9 ~ 2.6 천문 단위 떨어진 궤도를 241.5일의 공전 주기로 돌고 있다.
WR 104는 수십만 년 이내에 Ib형 또는 Ic형의 초신성 폭발을 일으킬 가능성이 있다. 만약 극초신성이 된다면, 감마선 폭발이 발생할 가능성도 있다. 감마선 폭발은 초신성의 극 방향으로 향한다고 여겨지지만, 복수의 광학적 측정에 의해, WR 104의 회전축은 지구에 대해 16도 정도 어긋나 있다고 한다. 새로운 분광 데이터에서는, WR 104의 회전축은 지구로부터 30도에서 40도의 각도로 있다고 시사하고 있다.
4. 2. 감마선 폭발 (GRB)
천체 물리학자들은 WR 104가 생애 말기에 감마선 폭발(GRB)을 일으킬 가능성이 있는지 추측해 왔다.[18][16] 동반 OB별은 분명히 그럴 가능성이 있지만, 울프-레이에 별은 훨씬 더 빨리 핵붕괴 초신성 폭발을 일으킬 가능성이 높다. 신뢰할 수 있는 예측을 하기에는 너무 많은 불확실성과 알려지지 않은 매개변수가 남아 있으며, WR 104에 대한 GRB 시나리오의 개략적인 추정치만 발표되었다.[16]초신성 폭발 직전에 충분히 높은 자전 속도를 가진 울프-레이에 별은, 두 개의 반대 방향으로 향하는 상대론적 제트를 따라 고에너지 방사선을 방출하며, 장기간 지속되는 감마선 폭발을 일으킬 수 있다. 현재, GRB 방출을 생성하는 메커니즘은 완전히 이해되지 않았지만, WR 104의 울프-레이에 별 구성 요소가 초신성 폭발을 일으킬 때 GRB가 될 가능성은 낮다고 여겨진다.[16]
WR 104와 그 동반성에 대한 현재의 천체 물리학적 데이터에 따르면, 결국 두 별 모두 매우 방향성이 강한 비등방성 초신성으로 파괴되어 좁은 상대론적 제트 형태로 집중된 방사선을 방출할 것이다.[19] 이러한 초신성에 대한 이론적 연구에 따르면 제트 형성은 전구 별과 최종 별 잔해의 회전 축과 일치하며 극축을 따라 물질을 우선적으로 방출할 것이다.[16]
만약 이러한 제트가 태양계를 향하게 된다면, 그 결과는 지구와 생물권에 심각한 피해를 줄 수 있으며, 실제 영향은 받는 방사선의 양, 고에너지 입자의 수, 그리고 발생원과의 거리에 따라 달라진다. WR 104를 포함하는 이중성계의 경사각이 시선 방향에 대해 약 12°라는 점을 고려하고, 두 별의 회전축이 유사하게 정렬되어 있다고 가정하면 잠재적인 위험이 있을 수 있다.[20] 최근 연구에 따르면 이러한 영향은 지구의 생명체에 "극히 드문" 위험을 야기하며, 호주 천문학자 피터 투힐이 언급한 바와 같이, 울프-레이에 별은 일련의 특별한 연속 사건을 겪어야 할 것이다.[20]
울프-레이에 별은 감마선 폭발 (GRB)을 생성해야 한다. 그러나 이러한 사건은 주로 낮은 금속 함량을 가진 은하와 연관되어 있으며, 우리 은하에서는 아직 관측되지 않았다. 일부 천문학자들은 WR 104가 GRB를 생성할 가능성이 낮다고 생각한다.[21] 투힐은 어떠한 종류의 GRB 사건이 발생할 확률을 약 1% 정도로 잠정적으로 추정하지만, 확신을 가지기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 경고한다.
울프-레이에 별의 회전축이 지구 방향을 향해야 한다. 별의 축은 WR 104의 이중 궤도의 축과 가깝게 추정된다. 나선형 플룸 관측 결과는 지구에 대해 0도에서 16도 사이의 궤도 극 각도와 일치하지만, 분광 관측은 30°–40° (최대 45°)로 훨씬 더 크고 덜 위험한 각도를 제시한다.[22] 제트의 "개구 각도" 추정치는 현재 2도에서 20도 사이이다. 지구는 별의 실제 축 각도가 개구 각도의 ''절반''보다 작을 경우에만 교차 경로에 있게 된다.
제트는 지구의 생명체에 피해를 줄 수 있을 정도로 멀리 도달해야 한다. 제트가 좁을수록 더 멀리 도달하지만, 지구를 칠 가능성은 낮아진다.
WR 104는 수십만 년 이내에 Ib형 또는 Ic형의 초신성 폭발을 일으킬 가능성이 있다. 만약 극초신성이 된다면, 감마선 폭발이 발생할 가능성도 시사되고 있다. 감마선 폭발은 초신성의 극 방향으로 향한다고 여겨지지만, 복수의 광학적 측정에 의해, WR 104의 회전축은 지구에 대해 16도 정도 어긋나 있다고 한다. 새로운 분광 데이터에서는, WR 104의 회전축은 지구로부터 30도에서 40도의 각도로 있다고 시사하고 있다.
5. 변광성
WR 104의 주성 A는 울프-레이에 별이라고 불리며, 자신의 강력한 항성풍으로 외층의 수소를 날려 버리고 헬륨층이 드러난 항성이다. 그 중에서도 탄소와 헬륨의 휘선이 현저한 WC형으로 분류된다. 반성 B는 초기 B형 주계열성으로 분류된다. 두 별은 1.9 ~ 2.6 천문 단위 떨어진 궤도를 241.5일의 공전 주기로 돌고 있다. 연성계는 태양 질량의 20~50배의 질량을 가진 것으로 생각된다.
이 연성계는 "풍차 성운" (Pinwheel Nebula) 이라고 불리는 나선형의 성간 먼지로 덮여 있다. 이 성간 먼지의 성운은 200au를 넘는 길이의 나선형을 그리고 있다. 이는 두 별로부터의 항성풍으로 날려 보내진 가스의 흐름이 연성의 공전 운동에 의해 얽히고 비틀린 상태가 되어, 가스의 꼬리 부분에서 생긴 뜨거운 성간 먼지 때문이다.
WR 104는 수십만 년 이내에 Ib형 또는 Ic형의 초신성 폭발을 일으킬 가능성이 있다. 만약 극초신성이 된다면, 감마선 폭발이 발생할 가능성도 시사되고 있다. 감마선 폭발은 초신성의 극 방향으로 향한다고 여겨지지만, 복수의 광학적 측정에 의해, WR 104의 회전축은 지구에 대해 16도 정도 어긋나 있다고 한다. 새로운 분광 데이터에서는, WR 104의 회전축은 지구로부터 30도에서 40도의 각도로 있다고 시사하고 있다.
2001년에 아마추어 천문가인 하세다 가쓰미에 의해 11.8등성에서 14.5등성 이하로 변동하는 변광성임이 발견되었다.[23]
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