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백조자리 P

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목차

1. 개요

백조자리 P는 약 5,000~6,000광년 거리에 있는 밝은 청색 변광성(LBV)으로, 1600년 처음 관측되었을 때 3등급 밝기였다. 이후 밝기가 변화하며, 현재는 4.8등급 수준에서 불규칙한 변광을 보이고 있다. 백조자리 P는 밝은 청색 변광성의 대표적인 예시 중 하나로, 17세기 급격한 밝기 변화 이후 밝기나 스펙트럼에서 큰 변화는 없었다. 약 900년 전, 2,100년 전, 20,000년 전에 큰 분출 현상이 있었던 것으로 추정되며, 적색 초거성으로 진화하여 IIb형 초신성으로 생을 마감할 것으로 예상된다. 또한, 백조자리 P는 '백조자리 P형 윤곽'이라는 특유의 분광학적 특징을 가진 천체 유형의 시초이며, 동반성이 존재할 가능성도 제기되었다.

2. 가시적 정보

백조자리 P는 약 5,000광년에서 6,000광년이라는 먼 거리에 있음에도 불구하고, 어두운 곳에서는 육안으로 관측 가능하다. 1600년 8월 18일(그레고리력 8월 10일) 빌렘 블라우가 처음 관측했을 때 3등급 밝기로 나타났다. 이후 바이어 명명법에 따라 'P'라는 명칭이 부여되었다.[12]

1626년에는 육안 관측 범위 이하로 어두워졌다가, 1655년 다시 밝아지는 등 여러 차례 변광 현상을 겪었다. 1715년 이후로는 5등급 수준에서 미세한 변광을 보이고 있다. 현재는 4.8등급 수준이며, 수일 주기로 100분의 1등급 정도의 불규칙한 변광을 보인다.[13] 한 세기마다 약 0.15등급씩 밝아지고 있는데, 이는 광도는 일정하게 유지되면서 표면온도가 감소하기 때문이다.[14]

3. 밝은 청색 변광성

밝은 청색 변광성(LBV) 중 하나로 가장 먼저 확인된 사례가 백조자리 P이지만, 전형적인 LBV와는 거리가 멀다. 일반적인 LBV는 수년에서 수십 년 주기로 밝기가 변하며, 간헐적으로 밝기가 급증하기도 한다. 그러나 백조자리 P는 17세기에 급격한 밝기 변화를 보인 이후, 밝기나 스펙트럼에서 큰 변화가 없었다. 용골자리 에타나 일부 외부 은하 천체에서도 백조자리 P와 유사한 현상이 관측된 바 있다.

백조자리 P에서는 약 900년 전, 2,100년 전, 그리고 20,000년 전에 큰 분출 현상이 있었던 것으로 추정된다. 최근 수 세기 동안 관측된 매우 느린 밝기 감소와 온도 감소는, 질량이 큰 별이 적색 초거성으로 진화하는 과정으로 해석된다.

4. 진화

백조자리 P와 같은 밝은 청색 변광성은 매우 희귀하고 수명이 짧아, 은하 내에서 별 탄생이 활발한 영역에서만 발견된다. 매우 무겁고 큰 에너지를 방출하기 때문에 핵연료를 빠르게 소진하며, 수백만 년 동안 빛을 내다가 초신성 폭발로 생을 마감한다. 최근에 먼 은하에서 일어났던 초신성 2006gy는 백조자리 P와 유사한 LBV의 마지막 단계로 추정된다. 백조자리 P는 주계열성을 벗어나 수소 껍질 연소 단계에 있는 것으로 보이며, 최종적으로 IIb형 초신성으로 생을 마감할 것으로 예상된다.[19]

5. 백조자리 P형 윤곽

백조자리 P는 '백조자리 P형 윤곽'(P Cygni profile영어)이라는 특유의 분광학적 특징을 가진 천체 유형의 시초이다. 백조자리 P형 윤곽은 동일한 선 스펙트럼에서 방출선과 흡수선이 동시에 나타나는 현상이다. 이는 항성에서 방출된 기체 껍질이 팽창하고 있음을 나타낸다. 방출선은 별 주변의 고밀도 항성풍에서 발생하며, 청색으로 치우쳐 나타나는 흡수선은 관측자 방향으로 빠르게 팽창하는 별 주변 물질을 통과하는 복사에 의해 형성된다. 이러한 윤곽은 다양한 유형의 별에서 항성풍을 연구하는 데 유용하며, 밝은 청색 변광성(LBV)을 분류하는 기준으로 활용되기도 한다.

분광학적 관측에서 단일 스펙트럼선의 프로파일 내에서 휘선과 흡수선이 모두 관측되어, 별에서 떨어진 위치까지 팽창하는 가스 외층의 존재를 시사한다. 스펙트럼선의 원래 파장과 비교했을 때, 별에 가까운 고온 영역에서 방출되는 휘선은 높은 열운동 속도와 전방위로의 팽창으로 인해 큰 도플러 폭을 가지는 반면, 별에서 더 떨어진 위치에서 생기는 흡수선은 별의 빛을 가리는 방향에서만 발생하며, 그 방향으로 팽창하는 가스는 관측자를 향해 접근하기 때문에 청색 편이한다.

백조자리 P 자체에서 항성풍의 수소 알파 방출 영역 크기는 약 5.64±21밀리각초이며, 이는 추정 거리 1,700파섹을 기준으로 항성 반지름의 약 26배에 해당한다.

6. 동반성

백조자리 P의 분출은 동반성으로 질량 이동이 일어나면서 발생했을 수도 있다는 가설이 제기되었다. 이 가설에 따르면, 동반성은 분광형이 B형이고 태양 질량의 3~6배 정도이며, 백조자리 P를 7년 주기의 이심률이 큰 타원궤도로 공전한다. 동반성으로 물질이 낙하하면서 중력 퍼텐셜 에너지가 방출되고, 이 에너지의 일부가 백조자리 P의 광도를 높이는 데 사용될 수 있다.

7. 기타

2018년 8월, 도쿄 대학 연구팀은 1600년 백조자리 P의 증광 현상으로 방출된 가스에 의해 형성된, 반지름 약 2조km 및 7000만km의 충격파를 발견했다. 이 충격파는 기존에 알려진 바깥쪽 충격파와 달리, 정지적인 항성으로부터의 가스 방출에 의해 생긴 것으로 추정된다.

참조

[1] 논문 VizieR On-line Data Catalog: Catalogue of Stellar Photometry in Johnson's 11-color system
[2] 논문 VizieR Online Data Catalog: Combined General Catalogue of Variable Stars (Samus+ 2004)
[3] 논문 VizieR Online Data Catalog: Catalogue of Stellar Spectral Classifications (Skiff, 2009-2016)
[4] 논문 A study of the luminous blue variable candidate He 3-519 and its surrounding nebula
[5] 논문 Pulkovo Compilation of Radial Velocities for 35 495 Hipparcos stars in a common system
[6] 논문 Gaia DR3
[7] 논문 Combined spectroscopy and intensity interferometry to determine the distances of the blue supergiants P Cygni and Rigel
[8] 논문 S Doradus variables in the Galaxy and the Magellanic Clouds
[9] 논문 Intensity interferometry of P Cygni in the H α emission line: Towards distance calibration of LBV supergiant stars
[10] 논문 Spectroscopy of P Cygni
[11] 논문 A spectroscopic investigation of P Cygni. I. H and HeI lines
[12] 서적 La stella nuova e peregrina comparsa l'anno 1600 sul petto del cigno, scoverta nuovamente https://books.google[...] Ignazio di Lazzari
[13] 논문 THE SPATIALLY RESOLVED Hα-EMITTING WIND STRUCTURE OF P CYGNI
[14] 논문 Observed evolutionary changes in the visual magnitude of the luminous blue variable P Cygni
[15] 논문 Infrared photometry of dwarf novae and possibly related objects
[16] 웹사이트 Download Data https://www.aavso.or[...] AAVSO 2021-10-01
[17] 논문 The most luminous stars in the universe 1988-03
[18] 논문 SN 2006gy: Discovery of the Most Luminous Supernova Ever Recorded, Powered by the Death of an Extremely Massive Star like η Carinae
[19] 논문 Massive star evolution: luminous blue variables as unexpected supernova progenitors 2013
[20] 논문 P Cygni: An Extraordinary Luminous Blue Variable
[21] 서적 Spectroscopy: The Key to the Stars
[22] 논문 An indication for the binarity of P Cygni from its 17th century eruption
[23] 웹사이트 P Cyg https://simbad.u-str[...] SIMBAD 2016-12-08
[24] 간행물 The most luminous stars in the universe https://articles.ads[...] 1988-03
[25] 간행물 Observation of gradual brightening of P Cygni due to stellar evolution https://www.nature.c[...] 1992-01-30
[26] 웹사이트 P Cygni https://www.aavso.or[...] AAVSO 2016-12-08
[27] 웹사이트 SN 2006gy: Discovery of the most luminous supernova ever recorded, powered by the death of an extremely massive star like Eta Carinae http://cdsads.u-stra[...] arXiv preprint 2007-04-28


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