NGC 7027

1. 개요

NGC 7027은 시각적으로 밝은 행성상 성운 중 하나이다. 복잡한 구조를 가지며, 타원형 영역을 형성하는 이온화된 기체와 중성 구름, 장형 회전 타원체 모양의 껍질, 클로버 잎 모양의 광분해 영역을 포함한다. 중심에는 백색왜성이 존재하며, 탄소가 풍부하고, 600년 정도로 비교적 젊은 행성상 성운이다.

2. 관측

백조자리 방향으로 약 3,000광년 떨어져 있는 NGC 7027은 1878년 마르세유 천문대의 31인치 반사 망원경을 사용한 에두아르 스테판에 의해 발견되었다. 이는 시각적으로 가장 밝은 행성상 성운 중 하나로 알려져 있다. 6인치 구경의 망원경으로 약 50배 배율로 관측하면 비교적 밝은 푸른 별처럼 보이며, 최대한 높은 배율로 보는 것이 좋다.

1977년 예르키스 천문대에서는 소형 슈미트-카세그레인 망원경을 이용하여 NGC 7027의 정확한 광학 위치를 측정하였고, 이를 통해 이 천체의 사진과 전파 지도를 비교하는 것이 가능해졌다.

1990년 발사된 허블 우주 망원경은 이후 여러 차례 NGC 7027을 촬영했으며, 1996년 촬영된 사진도 있다. 허블 망원경의 관측 이전에는 NGC 7027이 중심별의 온도가 낮아 주변 가스를 이온화시키지 못하는 원시 행성상 성운 단계에 있는 것으로 여겨졌으나, 후속 연구를 통해 실제로는 행성상 성운 진화의 초기 단계에 있다는 사실이 밝혀졌다.

3. 구조

NGC 7027은 일반적인 행성상성운의 지름이 약 1 광년인 것에 비해 0.1 ~ 0.2 광년 정도로 특이하게 작다. 나이는 약 600년으로 비교적 젊은 편이다.

이 성운은 매우 복잡한 형태를 가지고 있으며, 질량이 큰 중성 구름 속에 이온화된 기체가 타원형 모양의 영역을 형성하고 있다. 전체적으로 장형(長形) 회전 타원체 모양의 껍질처럼 보이며, 내부에는 클로버 잎처럼 생긴 광분해 영역이 포함되어 있다. 또한, 내부 구조는 반투명한 가스와 먼지 덮개로 둘러싸여 있다. 내부 껍질에는 여러 충격파와 엑스선 제트로 인해 형성된 것으로 보이는 "가시" 모양의 구조들이 관측된다.

성운은 초당 17 km 속도로 팽창하고 있으며, 중심부에서는 엑스선 방출이 관측되는데, 이는 내부 온도가 매우 높다는 것을 시사한다. 타원형의 주 성운 바깥으로는 희미하고 푸른 빛을 내는 동심원 모양의 껍질들이 여러 겹 둘러싸고 있다.

팽창하고 있는 NGC 7027의 헤일로는 질량이 태양의 약 3배 정도로 추정되며, 이는 이온화된 중심부 영역 질량의 약 100배에 해당한다.

3.1. 중심별

NGC 7027의 중심부에는 백색왜성이 존재한다. 이 백색왜성은 매우 뜨거우며, 이 높은 온도로 인해 주변에 강착원반이 형성되어 있을 가능성이 제기된다. 백색왜성의 질량은 태양 질량의 약 0.7배로 추정되며, 태양 광도의 7,700배에 달하는 막대한 에너지를 방출하고 있다. 이 뜨거운 중심별로 인해 성운은 풍부하고 고도로 이온화된 스펙트럼을 보인다.

성운이 형성되기 전, 중심별이었던 전구체 항성의 질량은 태양의 약 3~4배였을 것으로 추정된다. 또한, 중심별은 아직 관측되지 않은 동반성(이차별)을 가진 쌍성계일 가능성이 있다. 만약 쌍성계라면, 동반성과의 상호작용이 성운 내의 제트나 스파이크와 같은 복잡한 구조를 형성하는 데 영향을 미쳤을 것이라는 가설이 제기되었다.

4. 화학적 조성

NGC 7027 중심부의 뜨거운 별은 짙게 이온화된 스펙트럼을 보여준다. 이 성운에는 탄소가 풍부하며, 짙은 분자 물질이 강력한 자외선 복사에 노출되었을 때 물질 속 탄소가 어떤 화학적 성질을 보이는지 연구하는 데 중요한 대상이다. NGC 7027의 스펙트럼에는 다른 행성상성운들에 비해 중성 분자에서 나오는 분광선이 적게 나타나는데, 이는 강력한 자외선 복사 때문에 중성 분자들이 파괴되었기 때문으로 보인다. 성운 내에는 이온화 에너지가 매우 높은 이온들이 존재한다.

수소화 헬륨 이온이 NGC 7027에서 검출되었는데, 이는 우주 공간에서 발견된 첫 사례이다. 이 이온은 빅뱅 이후 약 10만 년 뒤, 즉 우주 탄생 극초기에 생성된 분자로 여겨진다. 또한 NGC 7027에 나노다이아몬드가 존재한다는 증거도 있다.

5. 진화

NGC 7027은 나이가 약 600년으로, 비교적 젊은 행성상성운이다. 성운은 17km/s 속도로 팽창하고 있다. 현재 NGC 7027은 행성상성운 진화 과정에서 외피 속 분자들이 원자로 분해되고, 다시 그 원자들이 이온화되는 짧은 단계를 거치고 있다.

1996년 허블 우주망원경의 관측 이전에는 NGC 7027이 중심별의 온도가 낮아 가스를 이온화시키지 못하는 원시행성상성운으로 여겨졌으나, 이후 연구를 통해 실제로는 행성상성운 진화의 초기 단계에 있다는 사실이 밝혀졌다.

팽창하고 있는 NGC 7027의 헤일로는 그 질량이 태양 질량의 약 3배에 달하며, 이는 이온화된 중심 영역 질량의 약 100배에 해당한다. NGC 7027에서 관측되는 이러한 질량 손실은, 태양 질량의 몇 배에 달하는 별이 초신성 폭발을 겪지 않고도 질량을 잃을 수 있다는 중요한 증거를 제공한다. 중심별은 성운을 형성하기 전에 태양 질량의 약 3~4배 정도의 질량을 가졌을 것으로 추정된다.