3C 58

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1. 개요
2. 물리적 특징
3. 냉각 문제
참조

1. 개요

3C 58은 젊은 중성자별인 PSR J0205+64를 포함하는 초신성 잔해이다. 찬드라 엑스선 망원경 관측 결과, 3C 58의 펄사가 예상보다 빠르게 냉각되고 있으며, 표면 온도가 100만 켈빈 미만으로 일반적인 중성자별보다 낮다는 것이 밝혀졌다. 3C 58은 1181년에 관측된 초신성 SN 1181의 잔해로 여겨졌으나, 현재는 3C 58이 아닌 IRAS 00500+6713이 SN 1181에서 탄생한 것으로 여겨진다. 3C 58의 급격한 냉각 현상에 대한 가설로는 쿼크별일 가능성, 중성미자 방출에 의한 냉각 등이 제시되고 있다.

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3C 58
개요
찬드라 엑스선 관측소에서 촬영한 3C 58의 엑스선 이미지. 풀아웃 상자는 내부 토러스 모양의 성운을 보여준다.
관측 정보
시대	J2000.0
별자리	카시오페이아자리
겉보기 등급	8.17
특징
분광형	III
측성학적 정보
거리	10,000 광년 (3067.48 파섹)
절대 등급	3.70
상세 정보
질량	1.36–1.52 태양 질량
온도	150,000
자전 주기	65.7159285 밀리초
나이	3500년
식별 정보
기타 명칭	초신성 잔해 G130.7+03.1, ASB 5, RX J0205.5+6449, 1RXS J020529.7+644934, 펄서 PSR J0205+6449
SIMBAD	3C+58
추가 정보
참고 자료	찬드라 :: 사진 앨범 :: 3C58 쿼크 별 RX J1856.5-3754 (및 3C58 펄서) 3C 58 (G130.7+3.1) 은하 초신성 잔해의 광학 이미징 및 분광학 3C 58의 전파 이미지: 그 휩의 확장과 운동 펄서 바람 성운 3C 58의 거리와 나이 기원 1181년의 의심되는 초신성 최종 붕괴 전의 거대한 백색 왜성 합병 생성물 초-찬드라 물체의 X선 관측은 가설적인 SN Iax 잔해에 내장된 ONe 및 CO 백색 왜성 합병 생성물을 나타낸다. 역사적인 초신성 1181 AD의 잔해와 기원 1181 AD 초신성의 중국 및 일본 관측에서 Type Iax 초신성, CO 및 ONe 백색 왜성의 합병까지의 경로 기원 1181 CE의 역사적인 객성별과 관련된 의심되는 은하 SN Iax 잔해 Pa 30에서 발견된 뛰어난 광학 성운

2. 물리적 특징

미국 항공우주국의 찬드라 엑스선 망원경이 2003년 4월 22일부터 26일까지 5일 동안 97시간에 걸쳐 3C 58을 관측한 결과, 잔해 중심부에 있는 펄사 PSR J0205+64가 예상과는 달리 급격하게 차가워지고 있음을 발견했다. 이 펄사는 보통의 중성자별들과는 달리 표면 온도가 100만 켈빈이 안 되는 것으로 밝혀졌다. 하버드 스미소니언 천체물리학 연구소의 페트릭 슬레인은 이를 두고 "젊은 중성자별 치고는 '얼어 붙은 상태'나 마찬가지이다."라고 표현했다.^[23]

펄사가 식는 이유는 극도로 빽빽한 별 내부(티스푼 한 숟갈 무게가 10억 톤 이상임)에 있는 아원자 입자들과 중성자들이 서로 충돌하기 때문이다. 이 충돌로부터 중성미자가 발생하며 이들은 별을 탈출하면서 에너지도 함께 가져가 별의 온도를 내려가게 만든다.^[24]

펄사 주변으로는 도넛 모양의 구조가 둘러싸여 있으며, 구조물에 수직 방향으로 위아래로 제트가 뿜어져 나오는 구조를 보여주고 있다. 이는 중심부 펄사에서 매우 높은 에너지를 지닌 물질이 방출되고 있음을 나타내는 증거이다. 도넛 구조 바깥쪽으로 불규칙하게 엉켜 있는 실타래 모양의 고리 구조가 형성되어 있으며 그 폭은 십여 광년 정도이다.^[23]

3. 냉각 문제

미국 항공우주국의 찬드라 엑스선 망원경은 2003년 4월 22일부터 26일까지 5일 동안 97시간에 걸쳐 3C 58을 관측하여, 잔해 중심부에 있는 펄사 PSR J0205+64가 예상과는 달리 급격하게 차가워지고 있음을 발견했다. 이 펄사는 보통의 중성자별들과는 달리 표면 온도가 100만 켈빈이 안 되는 것으로 밝혀졌다. 하버드 스미소니언 천체물리학 연구소의 페트릭 슬레인은 이를 두고 "젊은 중성자별 치고는 '얼어 붙은 상태'나 마찬가지이다."라고 표현했다.^[23]

펄사가 식는 이유는 극도로 빽빽한 별 내부(티스푼 한 숟갈 무게가 10억 톤 이상임)에 있는 아원자 입자들과 중성자들이 서로 충돌하기 때문이다. 이 충돌로 중성미자가 발생하며 이들은 별을 탈출하면서 에너지도 함께 가져가 별의 온도를 내려가게 만든다.^[24]

펄사 주변으로는 도넛 모양의 구조가 둘러싸여 있으며, 구조물에 수직 방향으로 위아래로 제트가 뿜어져 나오는 구조를 보여주고 있다. 이는 중심부 펄사에서 매우 높은 에너지를 지닌 물질이 방출되고 있음을 나타내는 증거이다. 도넛 구조 바깥쪽으로 불규칙하게 엉켜 있는 실타래 모양의 고리 구조가 형성되어 있으며 그 폭은 십여 광년 정도이다.^[23]

3C 58은 1181년에 관측된 초신성SN 1181에서 탄생한 것으로 여겨져 왔다. 그러나 중성자별의 표면 온도가 매우 낮아, 현재의 중성자 냉각 이론으로는 설명하기 어렵기 때문에 다음과 같은 가설들이 제시되고 있다.

쿼크별 가설: 쿼크가 벌거벗은 상태로 존재하는 쿼크별일 가능성이 있다.
중성미자 냉각 가설: 내부의 특이한 조건에 의해 다량의 중성미자가 방출됨으로써 에너지가 방출되어 냉각된다.
SN 1181과의 연관성 논란: 3C 58은 SN 1181과는 관련이 없고, 더 오래되었다는 설이 있다.

3. 1. 쿼크별 가설

3C 58은 1181년에 관측된 초신성 SN 1181에서 탄생한 것으로 여겨져 왔다.

한편, 중성자별의 표면 온도가 30만 K 이하(질량 추정에 따라 15만 K 이하)밖에 되지 않아^[14], 2002년 시점 기준으로 관측된 중성자별 중 가장 온도가 낮다^[14]. 현재의 중성자 냉각 이론으로는 800여 년 만에 이렇게 냉각되는 것은 생각하기 어렵다^[14]. 그 때문에 몇 가지 가설이 있는데, 그중 하나는 쿼크가 벌거벗은 상태로 존재하는 쿼크별일 가능성이 시사되고 있다는 것이다. 이는 중성자 물질에서 쿼크 물질로의 변환에 에너지가 소비되어 온도가 낮아졌다는 가설이다^[15]^[16]

3. 2. 중성미자 냉각 가설

미국 항공우주국의 찬드라 엑스선 망원경은 2003년 4월 22일부터 26일까지 5일 동안 97시간에 걸쳐 3C 58을 관측했고, 그 결과 잔해 중심부에 있는 펄사 PSR J0205+64가 예상과는 달리 급격하게 차가워지고 있음을 발견했다. 이 펄사는 보통의 중성자별들과는 달리 표면 온도가 100만 켈빈이 안 되는 것으로 밝혀졌다. 하버드 스미소니언 천체물리학 연구소의 페트릭 슬레인은 이를 두고 "젊은 중성자별 치고는 '얼어 붙은 상태'나 마찬가지이다."라고 표현했다.^[23]

펄사가 식는 이유는 극도로 빽빽한 별 내부(티스푼 한 숟갈 무게가 10억 톤 이상임)에 있는 아원자 입자들과 중성자들이 서로 충돌하기 때문이다. 이 충돌로 중성미자가 발생하며 이들은 별을 탈출하면서 에너지도 함께 가져가 별의 온도를 내려가게 만든다.^[24]

중성자별의 표면 온도는 30만 K 이하(질량 추정에 따라 15만 K 이하)밖에 되지 않아^[14], 관측된 중성자별 중 가장 저온이다(2002년 시점).^[14] 현재의 중성자 냉각 이론으로는 800여 년 만에 이렇게 냉각되는 것은 생각하기 어렵다.^[14] 그 때문에 몇 가지 가설이 있는데, 내부의 특이한 조건에 의해 다량의 중성미자가 방출됨으로써 에너지가 방출되어 냉각된다는 가설이 세워져 있다.^[17]

3. 3. SN 1181과의 연관성 논란

3C 58을 1181년 폭발한 SN 1181의 흔적으로 보는 시각이 있으나, 가스가 퍼지는 속도가 느린 등 여러 증거에 따라 3C 58이 생겨난 시기는 지금으로부터 수천 년 전으로, 1181년 폭발한 초신성과는 관계가 없다는 주장도 있다.^[14]

중성자별의 표면 온도가 30만 K 이하(질량 추정에 따라 15만 K 이하)밖에 되지 않아^[14], 관측된 중성자별 중 가장 저온이다(2002년 시점)^[14] . 현재의 중성자 냉각 이론으로는 800여 년 만에 이렇게 냉각되는 것은 생각하기 어렵다.^[14] 그 때문에 몇 가지 가설이 있는데, 단순히 SN 1181과는 관련이 없고 더 오래되었다는 설도 있다. 초신성 잔해의 팽창 속도로부터 약 7100년(오차가 크지만 5900년 - 9100년)^[18]^[19] 또는 5400년^[20]이라는 나이가 얻어졌다.

자세한 관측으로부터, SN 1181에서 탄생한 것은 3C 58이 아니라 IRAS 00500+6713이라고 2022년 현재 생각되고 있다.^[21]

참조

_[1] 논문 The cooling neutron star in 3C 58
_[2] 웹사이트 Chandra :: Photo Album :: 3C58 http://chandra.harva[...] Chandra.harvard.edu 2004-12-14
_[3] 뉴스 Quark Stars http://www.npl.washi[...] 2002-11
_[4] 웹사이트 RX J1856.5-3754 (and the 3C58 Pulsar) http://www.solstatio[...] 2015-08-18
_[5] 논문 Optical Imaging and Spectroscopy of the Galactic Supernova Remnant 3C 58 (G130.7+3.1)
_[6] 논문 Radio Images of 3C 58: Expansion and Motion of Its Wisp http://cdsbib.u-stra[...] 2006-07-01
_[7] 논문 Distance and age of the pulsar wind nebula 3C 58
_[8] 논문 A Suspected Supernova in A. D. 1181
_[9] 논문 A massive white-dwarf merger product before final collapse
_[10] 논문 X-rays observations of a super-Chandrasekhar object reveal an ONe and a CO white dwarf merger product embedded in a putative SN Iax remnant
_[11] 논문 The Remnant and Origin of the Historical Supernova 1181 AD
_[12] 논문 The path from the Chinese and Japanese observations of supernova 1181 AD, to a Type Iax supernova, to the merger of CO and ONe white dwarfs 2023-08-01
_[13] 논문 Discovery of an Exceptional Optical Nebulosity in the Suspected Galactic SN Iax Remnant Pa 30 Linked to the Historical Guest Star of 1181 CE 2023-01-11
_[14] 논문 The Cooling Neutron Star in 3C 58 https://arxiv.org/pd[...]
_[15] 뉴스 Quark Stars http://www.npl.washi[...] 2002-11
_[16] 웹사이트 RX J1856.5-3754 and 3C58 Pulsar http://www.solstatio[...]
_[17] 웹사이트 3C58: Pulsar Gives Insight on Ultra Dense Matter and Magnetic Fields https://chandra.harv[...] The Chandra X-ray Observatory Center 2004-12-14
_[18] 논문 Radio Images of 3C 58: Expansion and Motion of Its Wisp https://ui.adsabs.ha[...] 2006-07
_[19] 문서 Bietenholz 2006 の膨張率「0.014%±0.003% yr⁻¹」を年齢に換算
_[20] 논문 Optical identication of the 3C 58 pulsar wind nebula http://www.ioffe.ru/[...]
_[21] 논문 The Remnant and Origin of the Historical Supernova 1181 AD American Astronomical Society 2021-09-01
_[22] 웹인용 SNR G130.7+03.1 -- SuperNova Remnant http://simbad.u-stra[...] SIMBAD 2009-05-17
_[23] 웹인용 KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2004-12-15 http://radar.yeskist[...] 과학기술정보포털서비스 2004-12-15
_[24] 웹인용 Pulsar Gives Insight on Ultra Dense Matter and Magnetic Fields http://chandra.harva[...] NASA 2004-12-14

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