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세페우스자리 베타형 변광성

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1. 개요

세페우스자리 베타형 변광성은 7~20 태양 질량 정도의 질량을 가진, 어느 정도 진화가 진행된 별로, 0.1~0.3일 주기로 밝기가 0.01~0.3 등급 변화하는 변광성이다. 카파 메커니즘과 p-모드 맥동에 의해 맥동하며, 별 내부의 철 불투명도 증가가 맥동의 원인이다. 세페우스자리 베타가 이 변광성의 전형이며, 큰개자리 베타, 센타우루스자리 베타 등 밝은 별들이 포함된다. 1902년 세페우스자리 베타의 시선 속도 변화가 발견된 이후, 밝기 변화가 감지되었고, 관측 기술 발전에 따라 연구가 활발히 진행되었다.

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세페우스자리 베타형 변광성
특징
유형분광형 B형의 뜨거운 주계열성
변광 메커니즘반지름 방향 및 비반지름 방향 맥동
스펙트럼 유형O8-B6
광도 변화0.01 - 0.3 등급
주기0.1 - 0.6일
명칭
다른 명칭Beta Canis Majoris variables (큰개자리 베타형 변광성)
Beta Cephei stars (세페우스자리 베타형 별)
세페우스자리 베타형 변광성
설명분광형 B형 거성 또는 주계열성으로, 0.1~0.6일 주기로 밝기가 0.01~0.3등급 변화하는 맥동변광성

2. 성질

베타 세페이형 변광성은 ~( 태양 질량의 7~20배) 정도의 질량을 가진, 어느 정도 별의 진화가 진행된 별들이다. 남십자자리 베타, 센타우루스자리 베타처럼 하늘에서 가장 밝은 별들이 여기에 속하며, 스피카 역시 베타 세페이형 변광성으로 분류되었으나 1970년에 맥동을 멈췄다.[1] 이들은 주로 주계열성에서 벗어나 거성으로 진화하는 단계에 있으며, 철의 불투명도 변화로 인해 발생하는 카파 메커니즘에 의해 맥동하며 밝기 변화를 일으킨다.

2. 1. 맥동



베타 세페이형 변광성은 보통 0.1~0.3일 (2.4~7.2시간) 주기로 0.01~0.3 등급의 밝기 변화를 보인다.[1] 이 변광성의 전형인 세페우스자리 베타는 4.57시간 주기로 +3.16에서 +3.27까지 겉보기 등급 변화를 보인다. 별이 가장 작고 뜨거울 때 최대 밝기에 도달한다. 자외선 파장에서는 밝기 변화가 최대 1등급으로 훨씬 크다.[9] 1시간 미만의 짧은 주기를 갖는 별들도 있는데, 이는 기본 방사상 맥동 주기의 1/4 또는 3/8에 해당한다. 이들은 비교적 낮은 진폭과 B2-3 IV-V 분광형의 매우 좁은 범위를 가지며, 단주기 그룹 (BCEPS)으로 분류된다.[2][3]

베타 세페이형 변광성의 맥동은 카파 메커니즘과 p-모드 맥동으로 발생한다. 별 내부 온도가 200,000 K에 도달하는 깊이에는 철이 풍부하게 존재한다. 이 온도에서 철의 불투명도는 증가하고, 층 내에 에너지가 축적된다. 이로 인해 압력이 증가하여 층이 다시 바깥으로 밀려나고, 이 주기가 몇 시간 안에 반복된다. 이것은 Fe 범프 또는 Z 범프 (Z는 별의 금속 함량을 의미)로 알려져 있다.[4] 느리게 맥동하는 B형 별도 같은 철 불투명도 변화로 g-모드 맥동을 보이지만, 질량이 작은 별에서 더 긴 주기를 가진다.[5]

2. 2. 물리적 특성

베타 세페이형 변광성은 대략 ~ (즉, 태양 질량의 7~20배) 정도의 질량을 가진 어느 정도 별의 진화가 진행된 별들이다. 남십자자리 베타, 센타우루스자리 베타처럼 하늘에서 가장 밝은 별들이 여기에 속하며, 스피카 역시 베타 세페이형 변광성으로 분류되었으나 1970년에 맥동을 멈췄다.[1] 이 변광성들은 일반적으로 0.1~0.3일 (2.4–7.2시간)의 주기로 0.01~0.3 등급의 밝기 변화를 보인다.[1] 세페우스자리 베타는 이 변광성들의 전형으로, 4.57시간의 주기로 +3.16에서 +3.27까지 겉보기 등급 변화를 보인다. 별이 가장 작고 뜨거울 때 최대 밝기에 도달하며, 자외선 파장에서는 밝기 변화가 최대 1등급으로 훨씬 크다.[9] 한 시간 미만의 주기를 갖는 소수의 별들도 확인되었는데, 이는 기본 방사상 맥동 주기의 1/4 또는 기본 주기의 3/8에 해당한다. 이들은 비교적 낮은 진폭과 매우 좁은 범위의 분광형(B2-3 IV-V)을 가지며, 단주기 그룹(GCVS 약어: BCEPS)으로 알려져 있다.[2][3]

베타 세페이형 변광성의 맥동은 카파 메커니즘과 p-모드 맥동에 의해 발생한다. 별 내부 온도가 200,000 K에 도달하는 깊이에는 철이 풍부하게 존재하는데, 이 온도에서 철의 불투명도가 증가하여(감소하지 않고) 층 내에 에너지가 축적된다. 이로 인해 압력이 증가하여 층이 다시 바깥으로 밀려나고, 이 주기가 몇 시간 안에 반복된다. 이를 Fe 범프 또는 Z 범프(Z는 별의 금속 함량을 의미)라고 한다.[4] 느리게 맥동하는 B형 별도 동일한 철 불투명도 변화로 g-모드 맥동을 보이지만, 질량이 더 작은 별에서 더 긴 주기를 가진다.[5]

3. 관측 역사

1902년 미국의 천문학자 에드윈 브랜트 프로스트는 세페우스자리 베타의 시선 속도 변화를 발견하고 처음에는 분광 쌍성이라고 결론 내렸다. 1913년 폴 구스닉은 처음으로 밝기 변화를 감지했다.[6] 이후 큰개자리 베타와 전갈자리 시그마가 변광성으로 밝혀졌다.[9] 1904년 베스토 슬라이퍼는 전갈자리 시그마의 시선 속도가 변하고 있음을 언급했고, 1952년 R.D. 레비와 1955년 오토 스트루베는 이것이 별의 펄동 때문이라고 결론 내렸다.[7]

1938년 세실리아 페인-가포슈킨과 세르게이 가포슈킨은 저서 《변광성(Variable Stars)》에서 이 부류의 유력한 구성원 17개를 목록화했지만, 델타 방패자리 변광성과 함께 분류했다.[10] 1952년 이전에 16 물병자리가 광범위하게 연구되었다.[8] 1966년 알려진 세페우스자리 베타형 변광성의 수는 18개에서 41개로 급증했다.[11] 1950년대 오토 스트루베는 이러한 별들을 광범위하게 연구했지만, 그의 사후 연구는 쇠퇴했다.[9]

1993년 크리스티안 L. 스터켄과 미코라지 예르지키에비츠는 59개의 별을 확실한 세페우스자리 베타형 변광성으로 분류했고, 79개를 추가로 의심되는 변광성으로 분류했다.[18] 2005년 스탄코프는 목록에서 이 부류의 93개의 구성원과 77개의 후보, 61개의 부실하거나 거부된 별을 나열했다.[15] 이오타 헤르쿨리스, 53 물고기자리, 뉴 에리다니, 감마 페가수스, HD 13745(V354 페르세우스), 53 양자리에서 세페우스자리 베타형 변광성과 SPB 변광성 변동성이 모두 나타나는 것으로 밝혀졌다.[12]

2021년 β Cru는 편광 별진동학을 사용하여 펄동 모드가 확인된 최초의 별이 되었다.[13]

3. 1. 명칭 문제

이 변광성들은 20세기 전반기에 큰개자리 베타가 가장 면밀히 연구된 예시였지만, 남반구에 위치해 하늘에서 낮게 보여 관측에 지장을 받았기 때문에 큰개자리 베타형 변광성이라고도 불렸다.[8] 그러나 세페우스자리 베타가 이 부류의 첫 번째 발견자였기 때문에, 세페이드 변광성과 이름이 유사하여 혼동될 위험이 있음에도 불구하고 일반적으로 세페우스자리 베타형 변광성이라고 불린다.[9]

4. 주요 베타 세페이형 변광성 목록

여러 베타 세페이형 변광성들이 알려져 있으며, 이 중에는 하늘에서 가장 밝은 별들도 포함되어 있다. 대한민국에서 관측 가능한 주요 베타 세페이형 변광성들의 목록은 아래와 같다.

명칭(이름)별자리발견최대 겉보기 등급(mV)최소 겉보기 등급(mV)주기 (시간)분광형설명
β CMa큰개자리1909년 (윌리엄 월리스 캠벨)1m.932m.006.031B1II-III6.03, 6.00, 4.74 시간의 맥동
ξ1 CMa큰개자리4m.334m.365.030B0.5IV
15 CMa큰개자리4m.794m.844.429B1III-IV
V376 Car고물자리4m.914m.960.4992B2IV-VBCEPS 별
V372 Car고물자리5m.702.78B2III
ε Cen켄타우루스자리2m.292m.314.070B1V
κ Cen켄타우루스자리3m.133m.142.288B2IV
χ Cen켄타우루스자리4m.400.84B2VBCEPS 별
δ Cet고래자리4m.054m.13.867B2IV
δ Cru남십자자리2m.782m.843.625B2IV
ω1 Cyg백조자리4m.94B2.5IV고해상도 분광법으로 확인
ν Eri에리다누스자리3m.874m.014.164B2III다주기성; 느리게 맥동하는 B형 별
12 Lac도마뱀자리5m.165m.284.634B1.5III느리게 맥동하는 B형 별
16 Lac도마뱀자리5m.30 (B)5m.52 (B)4.109B2IV
α Lup늑대자리1956년 (버나드 페이걸)2m.292m.346.235B1.5III
δ Lup늑대자리3m.203m.243.972B2IV
ε Lup늑대자리3m.363m.382.316B2IV + B3V삼중성계; 주성은 분광 쌍성
ι Lup늑대자리3m.543m.55B2.5IV1997년부터 BCEP로 기록되지 않음
τ1 Lup늑대자리4m.544m.584.257B2IV
19 Mon외뿔소자리4m.965m.014.589B1IV-Vea
α Mus파리자리2m.682m.732.167B2IV-V처음에는 의심스러웠으나 고해상도 분광법으로 확인
θ Oph뱀주인자리3m.253m.313.373B2IV
η Ori오리온자리3m.313m.357.247B0.5Vea + B3V사중성; 알골 변광성; Ab 성분은 맥동하는 별
γ Peg페가수스자리1953년 (D. 해럴드 맥나마라)2m.782m.893.643B2IV느리게 맥동하는 B형 별
ε Per페르세우스자리2m.883m.003.847B0.5V
PT Pup고물자리5m.725m.743.908B2III
λ Sco전갈자리1m.591m.655.129B1.5IV + PMS + B2IV삼중성계; 알골 변광성
κ Sco전갈자리2m.412m.424.795B1.5III
σ Sco전갈자리1904년 (베스토 슬라이퍼)2m.862m.945.923B1III사중성계
BW Vul여우자리6m.446m.684.8B2IIIv방사 속도가 가장 크게 변화하는 베타 세페이 변광성


4. 1. 주요 관측 대상

명칭(이름)별자리발견최대 겉보기 등급(mV)최소 겉보기 등급(mV)주기 (시간)분광형설명
β Cep세페우스자리1902년 (에드윈 브랜트 프로스트)3m.163m.274.572B2IIIe세페우스자리 베타형 변광성의 원형
β Cru남십자자리1m.231m.314.589B0.5IV
β Cen켄타우루스자리0m.613.768B1II
스피카처녀자리0m.851m.056.520B1IV1970년에 밝기 변화가 중단됨


5. 연구 동향

최근에는 편광 별진동학을 이용하여 세페우스자리 베타형 변광성의 맥동 모드를 확인하는 연구가 진행되고 있다. 대한민국에서는 우주 망원경과 지상 망원경을 연계한 관측 연구를 통해 세페우스자리 베타형 변광성의 물리적 특성을 규명하고, 별의 진화 과정을 이해하는 데 기여하고 있다.

참조

[1] 웹사이트 The Beta Cephei Stars and Their Relatives http://www.aavso.org[...] American Association of Variable Star Observers 2010-07-16
[2] 논문 On the Periods of the β Cephei Stars
[3] 서적 Observing Variable Stars
[4] 서적 An Introduction to Stellar Astrophysics https://books.google[...] John Wiley and Sons 2010
[5] 논문 Revised instability domains of SPB and β Cephei stars
[6] 논문 Nachweis der Veränderlichkeit des kurzperiodischen spektroskopischen Doppelsternsβ Cephei mittels photoelektrischer Messungen. https://zenodo.org/r[...]
[7] 논문 Modelling of Scorpii, a high-mass binary with a Cep variable primary component
[8] 논문 The present state of our knowledge of the β Canis Majoris or β Cephei Stars
[9] 논문 The Observational Status of the β Cephei Stars
[10] 논문 Variable stars
[11] 논문 The Beta Cephei Stars
[12] 논문 Observational Asteroseismology of slowly pulsating B stars
[13] 논문 Polarimetric detection of non-radial oscillation modes in the β Cephei star β Crucis 2021
[14] 논문 VizieR Online Data Catalog: General Catalogue of Variable Stars (Samus+ 2007–2013)
[15] 논문 Catalog of Galactic β Cephei Stars
[16] 논문 Eleven stars having variable radial velocities. http://adsabs.harvar[...]
[17] 간행물 An asteroseismic study of the β Cephei star β Canis Majoris 2006-11
[18] 논문 Beta Cephei stars from a photometric point of view
[19] 논문 A new class of early-type ultra-short-period variables
[20] 논문 The Observational Status of the β Cephei Stars
[21] 논문 VizieR Online Data Catalog: General Catalogue of Variable Stars (Samus+ 2007–2013)
[22] 논문 A high-resolution spectroscopy survey of β Cephei pulsations in bright stars
[23] 간행물 Results of a search for bright β Cephei variables in the southern sky 1956
[24] 간행물 The orbit of the close spectroscopic binary epsilon Lup and the intrinsic variability of its early B-type components 2005-09
[25] 논문 Spectral modelling of theαVirginis (Spica) binary system
[26] 논문 VizieR Online Data Catalog: General Catalogue of Variable Stars (Samus+ 2007–2013)
[27] 논문 Catalog of Galactic β Cephei Stars
[28] 논문 Photometry and frequency analysis of line profile variables
[29] 논문 On Beta Cephei Stars: a Search for Beta Cephei Stars
[30] 논문 A systematic study of variability among OB-stars based on HIPPARCOS photometry
[31] 논문 Short Periodic Variation of One Northern and Five Southern Bright Early B-Type Stars
[32] 서적 The HIPPARCOS and TYCHO catalogues. Astrometric and photometric star catalogues derived from the ESA HIPPARCOS Space Astrometry Mission 1997
[33] 논문 Random forest automated supervised classification of Hipparcos periodic variable stars
[34] 논문 Photometric Monitoring of Bright Be Stars. III. 1988–89 and 1992–95
[35] 논문 Short-period light variations in Be stars
[36] 간행물 New magnetic field measurements of β Cephei stars and slowly pulsating B stars 2009-04



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