물병자리 R
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1. 개요
물병자리 R은 1810년 독일에서 발견된 변광성으로, 미라형 변광성과 백색 왜성으로 이루어진 쌍성계이다. 약 44년의 공전 주기를 가지며, 백색 왜성은 강착 원반을 동반하고 여기서 뻗어 나온 제트가 존재한다. 미라형 변광성은 적색 거성으로 약 387일의 변광 주기를 가지며, 주변에 일산화 규소와 물의 메이저가 검출된다. 물병자리 R 주위에는 이중 구조의 모래시계 모양 성운이 있으며, 제트의 존재와 함께 신성 폭발의 흔적으로 추정된다.
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미라는 고래자리에 있는 변광성으로, 약 332일 주기로 밝기가 변하며, 적색 거성인 미라 A와 백색 왜성인 미라 B로 이루어진 이중성계이다.
물병자리 R | |
---|---|
위치 정보 | |
![]() | |
관측 정보 | |
적경 (J2000.0) | 23시 43분 49.46343초 |
적위 (J2000.0) | -15° 17′ 04.1763″ |
겉보기 등급 | 5.2 - 12.4 |
별자리 | 물병자리 |
특징 | |
분광형 | M5e-M8.5e + pec |
B-V 색지수 | +1.98 |
U-B 색지수 | -0.62 |
변광성 유형 | 미라 + Z And |
위치 천문학 | |
시선 속도 | -22.0 km/s |
고유 운동 (적경) | +40.587 밀리초각/년 |
고유 운동 (적위) | -30.411 밀리초각/년 |
연주시차 | 4.59 밀리초각 |
연주시차 오차 | 0.24 밀리초각 |
거리 | 711 광년 |
거리 오차 | 39 / 36 광년 |
거리 (파섹) | 218 파섹 |
거리 오차 (파섹) | 12 / 11 파섹 |
궤도 요소 | |
공전 주기 | 15,943 일 |
공전 주기 오차 | 471 일 |
이심률 | 0.25 |
이심률 오차 | 0.07 |
궤도 경사 | 70° |
궤도 장반축 | 14.2 - 16.8 AU |
궤도 장반축 (AU) | 0.071 - 0.084 |
상세 정보 (A 구성 요소) | |
질량 (A) | 1 - 1.5 M☉ |
반지름 (A) | 430 R☉ |
광도 (A) | 4,780 L☉ |
표면 온도 (A) | 2,800 K |
표면 중력 (A) | -0.5 |
상세 정보 (B 구성 요소) | |
질량 (B) | 0.6 - 1 M☉ |
반지름 (B) | 0.1 R☉ 이상 |
광도 (B) | 5-20 L☉ |
표면 온도 (B) | 60,000 K |
명칭 | |
명칭 | R Aqr, BD−16°6352, HD 222800, HIP 117054, HR 8992, SAO 165849 |
![]() |
2. 관측사
카를 하딩이 1810년 독일 릴리엔탈에 있는 요한 슈뢰터의 관측소에서 물병자리 R을 발견했다. 물병자리 R이라는 명칭은 변광성 명명법에서 물병자리에서 처음 확인된 변광성임을 나타낸다.
1919년 10월, 윌슨산 천문대에서 분광 관측을 통해 물병자리 R의 스펙트럼에 미라형 변광성의 특징과 성운의 휘선이 함께 나타나는 것이 확인되었다. 이후 적색 거성의 스펙트럼과 고온 가스의 휘선이 동시에 관측되는 현상이 공생성이라고 불리게 되었다. 자외선관측 위성에 의한 관측으로 성운 성분과 고온 별 성분의 스펙트럼의 자세한 성질이 밝혀지면서, 물병자리 R계에는 고밀도의 작은 가스 집합체와 백색 왜성이 존재하며, 쌍성계로 추정되었다.
1921년 11월 로웰 천문대에서 촬영된 사진으로부터 성운상 구조의 존재가 밝혀졌다. 그 후, 허블이 성운의 팽창을 감지했고, 바데가 시간을 두고 촬영한 사진 비교를 통해 팽창하고 있다는 것을 증명했다. 1980년대에는 가시광선과 전파 관측을 통해 성운상 구조 내부에 제트의 존재가 발견되었다. 20세기 전반에 로웰 천문대에서 촬영된 물병자리 R의 사진 건판에도 제트 구조가 찍혀 있었다는 사실이 밝혀졌다.
3. 항성계
물병자리 R은 미라형 변광성과 백색 왜성으로 이루어진 쌍성계이며, 약 44년의 공전 주기를 가진다. 쌍성계는 비교적 큰 이심률을 가진 찌그러진 궤도를 돌고 있는 것으로 추정된다. 백색 왜성은 강착 원반을 동반하며, 이 강착 원반은 쌍성계에서 양극으로 뻗어 있는 제트의 동력원으로 생각된다. 미라형 별과 백색 왜성 사이의 각거리는 2014년에 초대형 망원경 VLT로 관측했을 때 45밀리초로, 실제 거리는 9.8AU에 해당한다. 계의 중심으로부터 제트가 북동 방향과 남서 방향으로 10초 정도 뻗어 있다. 그 바깥쪽에는 이중의 성운상 구조가 있으며, 안쪽은 1분 정도 크기로 남북 방향으로 뻗은 모래시계 형, 바깥쪽은 2분 정도 크기로 동서 방향으로 뻗은 모래시계 형을 하고 있다.
3. 1. 미라형 변광성
물병자리 R의 미라형 변광성은 분광형 M7 III의 적색거성으로, 질량은 태양과 비슷하거나 태양의 1.5배 정도로 추정된다. 주변에서 일산화 규소와 물의 메이저가 검출되었으며, 이는 공생성에 포함된 미라형 변광성으로는 드문 경우이다. 일산화 규소 메이저는 일반적인 미라형 변광성과 비슷한 강도를 가지지만, 물의 메이저는 일반적인 미라형 변광성보다 약하다.
변광 주기는 약 387일이며, 변광 폭은 대략 4등급 이상이다. 1974년 7월에 가장 어두운 극소기가 관측되었으며, 이때의 밝기는 12.4등급이었다. 미라형의 규칙적인 변광 외에도, 극소기의 등급이 더 장기적인 주기로 변화하며, 더욱이 돌발적으로 변광 폭이 작아지는 현상이 관측되는데, 이는 공생성의 특성, 즉 연성의 공전 운동 및 백색 왜성 주변의 가스/먼지에 의한 엄폐 현상으로 설명된다. 이러한 현상은 1870년 전후, 1890년 전후, 1905년부터 1910년경, 1928년부터 1934년, 1974년부터 1983년에 관측되었다. 광도 곡선 분석에서 공전 주기는 대략 44년으로 추정되었으나, 최신 분석에서는 대략 43.6년으로, 초기의 추정과 일치하는 결과가 나타났다.
3. 2. 백색 왜성
백색 왜성은 질량이 태양의 60% 정도에서 태양과 비슷한 것으로 여겨진다. X선 관측 결과, 자기장이 비교적 강한 백색 왜성으로 예상된다. 표면 온도는 관측된 이온 스펙트럼의 여기 온도에서 약 80,000K로 추정된다. 백색 왜성 주변에는 미라형 별에서 이동한 물질로 인해 강착 원반이 형성되어 있다. 이 강착 원반을 동력원으로 하여, 쌍성에서 양극으로 뻗어 있는 제트가 구동되는 것으로 보인다.
3. 3. 성운
2012년에 VLT/FORS2로 촬영된 물병자리 R 주위에는 이중 구조를 가진 모래시계 모양의 성운이 펼쳐져 있다. 성운은 물병자리 R에서 방출된 물질에 의해 형성된 것으로 보이며, 바깥쪽 성운은 약 650년 전, 안쪽 성운은 약 240년 전에 형성된 것으로 추정된다.
이 성운은 미라형 별에서 방출된 물질이 백색 왜성에 강착되어 임계점을 넘어 신성과 같은 폭발을 일으켜 형성된 것으로 추정된다. 한국의 『고려사』, 『조선왕조실록』과 일본의 『명월기』에 기록된 객성(930년, 1073년 또는 1074년)이 물병자리 R에서 발생한 신성일 가능성이 제기되었으나, 역학적으로 추정된 성운의 나이와는 차이가 있다.
3. 4. 제트
물병자리 R의 제트는 쌍성을 중심으로 북동쪽과 남서쪽으로 대칭적으로 10초 정도의 길이로 뻗어 있으며, 직선이 아닌 S자 모양으로 굽어 있다. 이러한 형태는 세차 운동에 의해 만들어진 것으로 보인다.
북동쪽 제트는 1970년대에 가시광선으로 발견되었으며, 남서쪽 제트는 전파로 발견되었다. 북동쪽 제트에는 가시광선에 대응하는 부분에서 전파원도 발견되었고, 남서쪽 제트도 가시광선에서 같은 위치에 성운의 휘선이 검출되었다. 제트 안에는 밝은 덩어리가 점재하며, 제트에서 방출된 물질과 별 주위 물질이 충돌하여 충격파가 발생하고 있는 것으로 보인다.
허블 우주 망원경과 찬드라의 관측 결과, 제트는 쌍성으로부터 약 15AU 정도의 거리에서 가늘게 좁혀지고, 제트 내의 밝은 덩어리는 쌍성으로부터 멀어질수록 이동 속도가 빨라지는 것으로 밝혀졌다. VLT의 관측에서는 제트의 근원이 백색 왜성이라는 것, 쌍성 근방에 복잡한 구조가 있다는 것, 제트 내 물질 밀도가 매우 높다는 것이 밝혀졌다.
4. 갤러리
[17][18]
허블 우주 망원경(Hubble Space Telescope)의 광역 카메라 3로 관측된 물병자리 R별. 안쪽의 고리 모양의 성운 구조의 상세한 모습이 잘 보인다.
VLT의 SPHERE/ZIMPOL에 의한 물병자리 R별 관측의 해설 동영상.
4. 1. SPHERE가 포착한 물병자리 R
[17]유럽 남방 천문대(ESO)의 초대형 망원경(VLT)에 있는 SPHERE 장비는 물병자리 R의 특이한 별 관계를 포착했다.[17][18]
4. 2. VLT가 2012년에 촬영한 물병자리 R
4. 3. 물병자리 R과 주변 성운
4. 4. 분출 중인 물병자리 R
4. 5. 물병자리 R 주변 성운의 제트와 중심 지역
4. 6. 허블 우주 망원경으로 촬영한 물병자리 R
허블 우주 망원경(HST)의 광역 카메라 3로 관측된 물병자리 R별에서는 안쪽 고리 모양의 성운 구조를 자세히 볼 수 있다.
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