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O형 주계열성

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목차

1. 개요

O형 주계열성은 매우 뜨겁고 밝은 별로, 모건-키넌 분류 체계에 따라 O2부터 O9까지의 분광형으로 분류된다. 이들은 질량이 크고, 표면 온도가 30,000 ~ 50,000 켈빈에 이르며, 광도는 태양의 수만 배에서 수백만 배에 달한다. O형 별은 매우 드물어 전체 별의 1,000만 분의 1 정도를 차지하며, 은하수에서 2만 개 미만으로 추정된다. 이러한 별들은 빠르게 회전하며, 항성풍의 종단 속도는 약 2,000 km/s에 이른다. O형 주계열성은 수명이 짧아 수백만 년 이내에 진화하며, 행성계를 갖는 사례는 매우 드물다.

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O형 주계열성

2. 분광 표준별

O형 주계열성에 대한 MK 분류 체계의 기준 표준별은 20세기 초부터 변하지 않았는데, 외뿔소자리 15 (O7 V)와 도마뱀자리 10번별 (O9 V)이 이에 해당한다.[14] O3 V형 주계열의 표면 온도는 약 5만 켈빈에 이른다.

2. 1. 초기 분류 체계

VFTS 102는 O9형 주계열성으로, 일반적으로 O형 주계열성은 빠르게 회전하여 적도가 부풀어 있다. 20세기 초부터 변하지 않은 O형 주계열성의 분류 기준 등급은 O7 V(외뿔소자리 15)와 O9 V(도마뱀자리 10) 둘이다.[14] 1943년 모건-키넌-켈러맨(MKK)은 여키스 도감을 출판하여 O5부터 O9형까지 분류를 확장했고, O9형을 다시 둘로 나누었다.[15] 이때 O9 V 표준별은 오리온자리 이오타와 도마뱀자리 10이었다.

1953년 존슨과 모건이 펴낸 여키스 표준 개정판(MK)에는 O5부터 O8까지는 그대로이고 O9에는 표준별 5개(HD 46202, HD 52266, HD 57682, 세페우스자리 14, 도마뱀자리 10), O9.5 V에 표준별 3개(HD 34078, 오리온자리 시그마, 뱀주인자리 제타)를 실었다.[16] 1973년 모건-키넌은 논문에서 O4부터 O7까지 분광기준을 개정하여 발표했다.[17] 이 논문에서는 O9형에는 도마뱀자리 10, O9.5에는 오리온자리 시그마를 표준별로 지정했다.

1970년대에 들어서 O5보다 뜨거운 별이 지정되었다. 1978년 모건-앱트-탭스코트는 O형 주계열성의 표준별 여럿을 새로 지정했는데,[18] HD 46223 (O4 V), HD 46150 (O5 V), HD 199579 (O6 V), HD 47839 (O7 V), HD 46149 (O8 V), HD 46202 (O9 V) 등이 있다. 1990년 월본-피츠파트릭은 최초로 OB형 항성을 디지털 도감으로 만들었는데, 여기에 O3 V 분광형 표준별로 HDE 303308을 수록했다.[19] 2002년 월본은 O2형을 최초로 정의했으며[20] 기준별로 BI 253을 지정했다.(정확한 분광형 표기는 "O2 V((f*))"임.) 월본은 HDE 30308을 O4 V로 재지정했으며 O3 V 기준별로 HD 64568과 LH 10-3058을 지정했다.

O5V형 별의 스펙트럼


전형적인 O형 주계열성의 특성[1][2]
분광형질량반경광도유효
온도
(K)		색지수
O3V120.0015.001,400,00044,900−0.330
O4V85.3113.431,073,01942,900−0.326
O5V60.0012.00790,00041,400−0.323
O6V43.7110.71540,42239,500−0.321
O7V30.859.52317,32237,100−0.318
O8V23.008.50170,00035,100−0.315
O9V19.637.5192,76233,300−0.312


2. 2. O5 이전 분광형

모건-키넌(MK) 체계에서 O형 주계열성의 분류 기준은 20세기 초부터 변하지 않았는데, O7 V (외뿔소자리 15)와 O9 V (도마뱀자리 10)가 그 기준이다.[14] 1943년 모건-키넌-켈러맨(MKK)은 여키스 도감을 출판하여 O5부터 O9형까지 분류를 확장했고, O9형을 둘로 나누었다.[15] O9 V 표준별은 오리온자리 이오타와 도마뱀자리 10이었다. 1953년 존슨과 모건의 여키스 표준 개정판(MK)에는 O5부터 O8까지는 그대로이고, O9에는 표준별 5개(HD 46202, HD 52266, HD 57682, 세페우스자리 14, 도마뱀자리 10), O9.5 V에 표준별 3개(HD 34078, 오리온자리 시그마, 뱀주인자리 제타)를 추가했다.[16] 1973년 모건-키넌은 O4부터 O7까지 분광기준을 개정하여 발표했고,[17] O9형에는 도마뱀자리 10, O9.5에는 오리온자리 시그마를 표준별로 지정했다.

1970년대에 들어서 O5보다 뜨거운 별이 지정되었다. 1978년 모건-앱트-탭스코트는 O형 주계열성의 표준별을 새로 지정했는데,[18] HD 46223 (O4 V), HD 46150 (O5 V), HD 199579 (O6 V), HD 47839 (O7 V), HD 46149 (O8 V), HD 46202 (O9 V) 등이 있다. 1990년 월본-피츠파트릭은 OB형 항성을 디지털 도감으로 만들었는데, O3 V 분광형 표준별로 HDE 303308을 수록했다.[19] 2002년 월본은 O2형을 최초로 정의했으며,[20] 기준별로 BI 253 (정확한 분광형 표기는 "O2 V((f*))")을 지정했다. 월본은 HDE 30308을 O4 V로 재지정했으며 O3 V 기준별로 HD 64568과 LH 10-3058을 지정했다.

전형적인 O형 주계열성의 특성[1][2]
분광형질량 ()반경 ()광도 ()유효 온도 (K)색지수 (B − V)
O3V120.0015.001,400,00044,900−0.330
O4V85.3113.431,073,01942,900−0.326
O5V60.0012.00790,00041,400−0.323


3. 물리적 특성

O형 주계열성은 극히 드문 천체로, 은하수 전체에 2만 개 미만이 존재할 것으로 추정되며, 이는 모든 별의 1000만 분의 1에 해당한다. 이들은 매우 젊어서 수백만 년 이상 된 것은 없으며, 우리 은하 내에서는 금속 함량이 태양의 약 두 배로 높다.

O2형 스펙트럼을 가진 고온, 대질량 별은 주계열성을 거치지 않고 청색 거성이나 청색 초거성으로 탄생하며, 150만 년 이내에 WN형 울프-레이에 별로 진화하는 것으로 추정된다.

3. 1. 질량, 반지름, 광도

O형 주계열성은 매우 희귀한 천체이다. 은하수 전체에 2만 개 미만의 O형 별이 있는 것으로 추정되며, 이는 모든 별의 1000만 분의 1 정도에 해당한다. O형 주계열성은 매우 젊어서 수백만 년 이상 된 것은 없으며, 우리 은하 내에서는 금속 함량이 태양의 약 두 배로 높다.

O형 주계열성의 질량은 ~ 사이이지만, 반지름은 정도로 더 작다. 표면 중력은 지구의 약 10배로, 다른 주계열성에 비해 상대적으로 낮다. 표면 온도는 30,000,000 ~ 50,000,000 사이이다. 이들은 매우 밝아서 볼로메트릭 광도는 ~ 사이이다. 시각 절대 등급은 약 -4 (태양보다 3,400배 밝음)에서 약 -5.8 (태양보다 18,000배 밝음)까지이다.

이들의 빛에 의해 생성되는 항성풍은 약 2000km/s의 종단 속도를 가진다. 가장 밝은 O형 별은 매년 이상의 질량 손실률을 보이며, 가장 어두운 별은 훨씬 적게 잃는다. 대마젤란 성운의 O형 주계열성은 금속 함량이 낮아 눈에 띄게 더 높은 온도를 가지는데, 가장 분명한 원인은 질량 손실률이 낮기 때문이다.

구체적인 예로, O3V형 별은 유효 온도가 대략 44,600,000, 광도는 태양의 68만 배, 질량과 반지름은 각각 58.3 태양 질량과 13.8 태양 반지름이다. O9.5V형 별은 유효 온도가 30,500,000, 광도는 태양의 42만 배, 질량과 반지름은 각각 16.5 태양 질량과 7.4 태양 반지름이다.

3. 2. 표면 온도 및 항성풍

O형 주계열성의 표면 온도는 30,000,000에서 50,000,000 사이이다. 이들은 매우 밝아서 볼로메트릭 광도는 에서 사이이다. 시각 절대 등급은 약 -4 (태양보다 3,400배 밝음)에서 약 -5.8 (태양보다 18,000배 밝음)까지이다.

이들의 빛에 의해 생성되는 항성풍은 약 2000km/s의 종단 속도를 가진다. 가장 밝은 O형 별은 매년 이상의 질량 손실률을 보이며, 가장 어두운 별은 훨씬 적게 잃는다. 대마젤란 성운의 O형 주계열성은 금속 함량이 낮아 눈에 띄게 더 높은 온도를 가지는데, 이는 질량 손실률이 낮기 때문이다.

3. 3. 금속 함량

우리 은하에 있는 O형 별들은 모두 금속 함량이 높으며, 태양의 약 두 배이다. 대마젤란 은하의 O형 주계열성은 금속 함량이 낮아 눈에 띄게 더 높은 온도를 가지는데, 이는 질량 손실률이 낮기 때문이다.

4. 대표적인 O형 주계열성

O9형 주계열성 VFTS 102. 일반적으로 O형 주계열성은 빠르게 회전하여 적도가 부풀어 있다.


O형 주계열성은 모건-키넌(MK) 항성분류 체계에서 중요한 기준점 역할을 한다. 1970년대 이후 O5보다 더 뜨거운 별들이 추가로 지정되었다. O3 V형 주계열성의 표면 온도는 약 5만 켈빈에 이른다.[19]

대표적인 O형 주계열성으로는 오리온자리 이오타, HD 46223, HD 46150, HD 199579, HD 47839, HD 46149, HD 46202 등이 있다.

4. 1. 주요 O형 주계열성 목록

모건-키넌 체제에서 20세기 초부터 변하지 않은 O형 주계열성 표준별은 O7 V (외뿔소자리 15)와 O9 V (도마뱀자리 10) 둘이다.[14] 1943년 모건-키넌-켈러맨(MKK)은 O5부터 O9형까지 분류를 확장했고, O9형을 다시 둘로 나누었다.[15] 1953년 존슨과 모건이 펴낸 여키스 표준 개정판(MK)에는 O9에 표준별 5개, O9.5 V에 표준별 3개를 지정했다.[16] 1973년 모건-키넌은 O4부터 O7까지 분광기준을 개정하여 발표했다.[17]

1978년 모건-앱트-탭스코트는 O형 주계열성의 표준별 여럿을 새로 지정했다.[18] 1990년 월본-피츠파트릭은 최초로 OB형 항성을 디지털 도감으로 만들었는데 여기에 O3 V 분광형 표준별로 HDE 303308을 수록했다.[19] 2002년 월본은 O2형을 최초로 정의했으며,[20] 기준별로 BI 253을 지정했다.

O형 주계열성의 예는 다음과 같다:

  • 파리자리 θ별 - 육안으로 볼 수 있는 울프-레이에별이지만 삼중성계이며, 가시광선의 대부분은 동반성인 O형 주계열성과 OB형 초거성이 만들어내고 있다.
  • 궁수자리 9번별 - O3.5와 O5-5.5의 주계열성으로 이루어진 분광 쌍성이며, 석호 성운에 있는 별들 중 가장 밝은 별이다.
  • 비둘기자리 뮤별 - O9.5형 주계열성으로, 육안으로 볼 수 있는 몇 안 되는 O형 별이다.
  • 오리온자리 θ1별 C - 오리온 대성운의 사다리꼴 성단에서 가장 밝은 별이며, 어두운 분광 쌍성을 동반한 O6 주계열성이다.
  • 뱀주인자리 ζ별 - 겉보기 등급이 3등급인 O9.5형의 항성. 주계열성으로 분류되기도 하지만, 2014년 연구에서는 광도 계급이 IV인 준거성으로 분류되었다.
  • 플라케트의 별은 서로 공전하는 두 개의 O형 별로 구성된 거대한 쌍성이며, 알려진 가장 거대한 쌍성 중 하나이다.
  • υ 오리온자리는 분광형 O9.7의 주계열성이지만, 때로는 분광형 B0V로 지정되기도 한다.

4. 2. 거리별 목록

다음은 지구에서 1,500광년 이내에 있는 O형 주계열성들의 목록으로, 6개에 불과하다.

이름바이어 기호분광형질량 (M☉)거리 (광년)비고
땅꾼자리 제타O9 V20458
도마뱀자리 10없음O9 V?1125
오리온자리 시그마 AO9 V?1150
비둘기자리 뮤O9.5 V12~151300도주성
외뿔소자리 15없음O7 Ve?1454전주계열성
쌍둥이자리 BN없음O8V:pev?1470



다음 목록은 지구에서 1,500 ~ 5,000 광년 이내의 거리에 위치한 O형 주계열성들이다.

이름바이어 기호분광형질량 (M☉)거리 (광년)비고
오리온자리 세타1 C없음O6peV?1500
HD 57682없음O9V?4009
HD 150136없음O3V / O6V27 / 184300



다음 목록은 지구에서 5,000 ~ 10,000 광년 이내의 거리에 위치한 O형 주계열성이다.

이름바이어 기호분광형질량 (태양=1)거리 (광년)비고
HR 2422없음O8V?6600



다음 목록은 지구에서 10,000광년 이상의 거리에 위치한 O형 주계열성이다.

이름바이어 기호분광형질량 (태양=1)거리 (광년)비고
VFTS 352없음O4.5V+O5.5V28.63 / 28.85160000과잉접촉쌍성계
HD 48099없음O6Ve?40163
LH54-425 B없음O6V37170000


5. 행성계

O형 주계열성 중 행성이나 갈색 왜성을 가진 경우는 매우 드물다.[3][4][5][6] 이는 무겁고 뜨거운 별일수록 수가 적고, 행성 탐사 관측이 어려워 관측 편향의 영향이 크기 때문이다. 또한 질량이 큰 별은 진화가 빠르며, 그 주변에서 행성이 형성되는지에 대한 이론적, 관측적 연구도 진전되지 않았다.

5. 1. 관측된 사례

오메가 성운에 있는 어린 O8.5V 주계열성인 CEN 16은 확인된 갈색 왜성 하나를 가지고 있으며, CEN 16 b로 명명되었다.[3][4] CEN 16 b는 거대한 어린 갈색 왜성으로 크기와 질량을 가지며, 2,884 K 온도를 가지고 있다.[4] CEN 16 b는 2024년에 직접 관측되어 확인되었으며, 별로부터 883.5 AU의 긴 궤도 반경을 가지고 있어 상대적으로 멀리 떨어져 있다.[4]

W 3(OH)는 3,000 pc 떨어져 있는 O8V 주계열성이다.[5] W 3(OH)는 한 개의 아성성 동반체 W 3(OH) b를 가지고 있는데, 2021년에 W 3(OH)의 천천히 증발하는 동반체를 감지하여 발견되었다.[6] W 3(OH) b는 질량이 정의되지 않았지만 정도일 수 있다. W 3(OH) b는 2,000 AU의 긴 궤도 반경을 가지고 있으며, 이러한 먼 거리가 W 3(OH) b가 여전히 존재하는 이유일 것이다.[6]

매우 뜨거운 O형 별을 포함한 별에서는 외계 행성 발견 보고가 극히 적다. 이는 무겁고 뜨거운 별일수록 수가 적고, 또한 행성을 탐사하기 위한 관측이 어려워 관측 편향의 영향이 크기 때문이다. 또한 질량이 큰 별은 진화가 빠르며, 그 주변에서 행성이 형성되는지에 대한 이론적, 관측적 연구도 진전되지 않았다.

2017년 시점에서는, 트랜짓하는 외계 행성은 A형 별 주위에서도 6개 밖에 알려져 있지 않았고, 더 뜨거운 O형 별, B형 별 주위에서 트랜짓 행성의 발견 보고는 하나도 존재하지 않았다. NASA에 의한 외계 행성 데이터베이스인 NASA Exoplanet Archive의 데이터에서는, 2020년 2월 시점에서 B형 별 주위의 외계 행성은 8개가 게재되어 있으며, 주로 직접 촬영이나 행성에 의한 중심 별의 광도 변화로부터 발견되었다. 그러나 O형 별 주변의 외계 행성은 발견 보고가 존재하지 않는다.

참조

[1] 논문 Intrinsic colors, temperatures, and bolometric corrections of pre-main-sequence stars 2013-09-01
[2] 간행물 A Modern Mean Dwarf Stellar Color and Effective Temperature Sequence http://www.pas.roche[...] University of Rochester 2021-07-05
[3] 웹사이트 https://exoplanet.eu[...]
[4] 웹사이트 https://exoplanet.eu[...]
[5] 웹사이트 https://exoplanet.eu[...]
[6] 웹사이트 https://exoplanet.eu[...]
[7] SIMBAD BD-02 1326A https://simbad.u-str[...] 2007-11-13
[8] SIMBAD 10 Lac https://simbad.u-str[...] 2007-11-13
[9] 저널 A new calibration of stellar parameters of Galactic O stars 2005
[10] 저널 The Lyman-Continuum Fluxes and Stellar Parameters of O and Early B-Type Stars 1996-04
[11] 뉴스 Scientists Begin To Tease Out A Hidden Star's Secrets http://www.scienceda[...] ScienceDaily 2007-11-13
[12] SIMBAD BD-02 1326A http://simbad.u-stra[...] 2007-11-13
[13] SIMBAD 10 Lac http://simbad.u-stra[...] 2007-11-13
[14] 간행물 A Hierarchy of Standards for the MK Process http://adsabs.harvar[...] ASP Conf. Series Vol. 60, p. 3 1994
[15] 문서 AN ATLAS OF STELLAR SPECTRA http://ned.ipac.calt[...] The University of Chicago press 1943
[16] 논문 Fundamental stellar photometry for standards of spectral type on the revised system of the Yerkes spectral atlas http://adsabs.harvar[...] 1953
[17] 논문 Spectral Classification http://adsabs.harvar[...] 1973
[18] 서적 Revised MK Spectral Atlas for stars earlier than the sun http://adsabs.harvar[...] Williams Bay: Yerkes Observatory, and Tucson: Kitt Peak National Observatory 1978
[19] 논문 Contemporary optical spectral classification of the OB stars – A digital atlas http://adsabs.harvar[...] 1990-04
[20] 논문 A New Spectral Classification System for the Earliest O Stars: Definition of Type O2 http://adsabs.harvar[...] 2002


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