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케플러 초신성

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목차

1. 개요

케플러 초신성은 1604년에 관측된 초신성으로, 육안으로 밤하늘의 어떤 별보다 밝게 빛났으며, 금성을 제외한 행성들보다도 밝았다. 유럽, 중국, 한국, 아랍 등 여러 문명에서 관측 기록이 남아 있으며, 특히 유럽의 기록은 Ia형 초신성임을 밝히는 데 중요한 자료가 되었다. 케플러 초신성 잔해는 현재까지도 천문학 연구의 대상이 되고 있으며, 백색 왜성이 동반성과 상호작용한 결과로 발생한 Ia형 초신성으로 추정된다. 이 초신성은 당시 천문학자들 사이에서 논쟁의 대상이 되었으며, 델레 콜롬베와 갈릴레오 갈릴레이, 케플러와 로슬린 간의 논쟁으로 이어졌다.

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케플러 초신성
개요
케플러의 초신성 잔해
케플러의 초신성 SN 1604.
별칭SN 1604
HR 6515
뱀주인자리 V843성
관측 정보
별자리뱀주인자리
겉보기 등급-3
변광성형해당사항 없음
특징
초신성 유형Ia형
잔해 유형셸형
위치우리 은하
은하 좌표G4.5+6.8
발견 정보
발견일1604년 10월 9일
물리적 특징
적색 편이해당사항 없음
시선 속도해당사항 없음
고유 운동해당사항 없음
연주 시차해당사항 없음
거리20,000 광년(6,100 파섹) 미만
절대 등급해당사항 없음
추가 정보
전임SN 1572
후임카시오페이아자리 A(미관측, 1680년경)
G1.9+0.3(미관측, 1868년경)
SN 1885A(다음 관측 초신성)
원형백색 왜성- 적색 거성 쌍성계
원형 유형Ia형 초신성
참고 사항우리 은하에서 마지막으로 관측된 초신성임.
18개월 동안 육안으로 관측 가능했음.

2. 관측

1604년에 처음 관측된 케플러 초신성은 육안으로 봤을 때 밤하늘의 어떤 항성보다도 밝았으며, 금성을 제외한 나머지 행성들보다도 밝았다. 실시등급은 -2.5등급이었고, 3주 이상 관측 가능했다.[4][5]

이 초신성은 티코 브라헤가 카시오페이아자리에서 관측한 SN 1572 이후 한 세대에 관측된 두 번째 초신성이었다. 1885년 S 안드로메다 이후 우리 은하 내에서 확실하게 관측된 초신성은 없지만, 은하계 외부에서는 많은 초신성이 관측되었다. 대마젤란 은하의 SN 1987A는 밤에 맨눈으로 볼 수 있었다.[6]

약 1680년과 1870년에 지구에 도달했을 것으로 추정되는 두 개의 은하계 초신성에 대한 증거가 존재한다 – 각각 카시오페이아 A와 G1.9+0.3이다. 하지만 당시 이것들이 감지되었다는 역사적 기록은 없는데, 이는 성간 먼지에 의한 흡수로 가시광선이 가려졌기 때문일 가능성이 높다.[7]

케플러 초신성의 초신성 잔해는 그 종류의 전형적인 천체 중 하나로 간주되며, 여전히 천문학에서 많은 연구 대상이 되고 있다.[8]

2. 1. 유럽

1604년 10월 9일, 북이탈리아에서 케플러 초신성이 처음 관측되었다.[24] 요하네스 케플러는 10월 17일부터 프라하에서 관측을 시작했다.[25] 케플러는 《뱀주인자리의 발 부분에 있는 신성》(''De Stella nova in pede Serpentarii'')이라는 책을 통해 이 천체를 1년 가까이 연구했고, 초신성에는 그의 이름이 붙여졌다.

요하네스 케플러가 쓴 ''신성에 대하여''(1606)에서 그린 원본 그림. ''stella nova''의 위치가 ''N''으로 표시되어 있다(왼쪽에서 8칸 아래, 4칸 오른쪽)


케플러 초신성은 1572년 튀코 브라헤가 카시오페아자리에서 발견한 초신성 1572에 이어, 당대에 발견된 두 번째 초신성이었다.

2. 2. 한국

조선왕조실록에는 케플러 초신성에 대한 기록이 남아있다. 선조 37년(1604년) 9월 21일(양력 10월 13일)부터 7개월 동안 이 초신성의 위치와 밝기를 관측한 결과가 기록되어 있다.[4][5]

夜(有)一更, 客星在尾宿十度, 去極一百一十度, 形體小於歲星, 色黃赤, 動搖。|밤 1경에 객성이 미수 10도에 있어, (북)극과는 110도 떨어져 있었으니, 형체는 세성(목성)보다 작고 색은 누르고 붉으며 동요하였다.|중국어

— 선조실록 178권, 선조 37년 9월 21일 무진

유럽과 한국의 기록에는 시간에 따른 겉보기 밝기 변화가 기록되어 있어, 이 초신성을 연구하는 데 중요한 자료로 사용된다. 특히 케플러 초신성이 Ia형 초신성임을 밝히는 데 기여했다.[4][5]

2. 3. 중국

1604년에 처음 관측된 케플러 초신성에 관한 기록은 케플러를 비롯해 중국, 한국, 아랍의 기록에서 찾아볼 수 있다. 유럽과 한국의 기록에는 시간에 따른 겉보기 밝기의 변화가 기록되어 있어, 케플러 초신성을 연구하고 Ia형 초신성임을 밝히는 데에 중요한 자료로 사용되었다.[4][5]

2. 4. 아랍

아랍의 기록에 케플러 초신성에 대한 기록이 남아있다.[4][5]

3. 당시의 논쟁

이 초신성은 1604년 10월 9일 북이탈리아에서 처음으로 관측되었다.[24] 당시 천문학자들은 화성과 목성의 합을 관측하는 데 관심이 있었는데, 이들은 이것을 베들레헴의 별과 관련된 상서로운 합으로 여겼다. 그러나 흐린 날씨 때문에 요하네스 케플러는 관측을 할 수 없었다.[9] 빌헬름 파브리, 마이클 마에스트린, 헬리사우스 로슬린은 10월 9일에 관측을 할 수 있었지만, 초신성을 기록하지 않았다.[10] 유럽에서 최초로 기록된 관측은 로도비코 델레 콜롬베에 의해서였다.[11] 요하네스 케플러는 10월 17일부터 프라하에서 관측을 시작하여, 거의 1년을 바쳐 이 천체를 연구했다.[25]

케플러 초신성은 1572년에 튀코 브라헤가 카시오페아자리에서 발견한 초신성 1572에 이어, 당대에 발견된 두 번째 초신성이었다. 이후 우리 은하에서는 더 이상의 초신성이 발견되지 않고 있다. 2012년 기준으로 육안으로 그 실재가 확인된 우리 은하 내의 초신성은 케플러 초신성이 마지막이다.[26]

3. 1. 델레 콜롬베-갈릴레이 논쟁

요하네스 케플러는 1604년 10월 17일부터 프라하에서 초신성 관측을 시작하여, 《뱀주인자리의 발 부분에 있는 신성》(''De Stella nova in pede Serpentarii'')이라는 책을 통해 প্রায় 1년에 걸쳐 이 천체를 연구했다.[24][25]

1606년, 로도비코 델레 콜롬베는 자신의 저서 ''Discourse of Lodovico delle Colombe''에서 1604년 10월에 새로 나타난 별은 혜성도 아니고 새로운 별도 아니라고 주장했다. 이는 갈릴레오 갈릴레이가 초신성을 이용하여 아리스토텔레스적 관점의 우주론에 이의를 제기한 것에 대한 반박이었다.[12]

갈릴레오는 시차를 설명하고 초신성에 시차가 없음을 들어 달보다 멀리 있다고 결론지었다. 더 나아가, 초신성이 지구에서 나온 물질이 태양빛을 반사하여 빛나는 것이며, 아리스토텔레스의 혜성과 달리 달 너머로 이동할 수 있다고 주장했다. 이는 천상에 변화를 가져올 뿐 아니라, 부패하기 쉬운 지상의 원소를 순수한 제5원소에 도입하는 도발적인 행위였다. 그는 천지를 뒤흔드는 가능성을 제기하며, 항성 간 공간이 스토아 학파의 물리학에서처럼 지구 대기와 유사한 물질로 채워져 있을 수 있다고 보았다. 튀코 브라헤가 1572년 초신성에서 언급했던 것처럼, 천구의 물질이 지상 물체의 물질과 유사하다면, 지상에서의 경험에 기반한 운동 이론이 천상에도 적용될 수 있다고 주장했다. "하지만 저는 제가 명시한 방식과 다르게 일어날 수 없는 일이 없다고 생각할 만큼 대담하지 않습니다."[13]

3. 2. 케플러-로슬린 논쟁

요하네스 케플러는 1604년 10월 17일부터 프라하에서 초신성 관측을 시작하여, 《뱀주인자리의 발 부분에 있는 신성》(''De Stella nova in pede Serpentarii'')이라는 책을 통해 거의 1년을 바쳐 이 천체를 연구했다.[25]

케플러는 자신의 저서 『새로운 별에 대하여』(1606년)에서 이 초신성에 관한 헬리사우스 로슬린의 주장을 비판했다. 케플러는 로슬린이 점성술적 예측에서 1556년의 대혜성과 1580년의 혜성 두 개만을 골라 사용했다고 주장했다. 로슬린은 1609년에 이것이 자신의 실제 행위였다고 답변했다. 케플러는 같은 해 후반에 답변하면서, 더 넓은 범위의 자료를 포함시켰다면 로슬린이 더 나은 주장을 펼칠 수 있었을 것이라고 지적했다.[14]

4. 초신성 잔해

케플러 초신성의 잔해는 현재 천문학에서 활발히 연구되는 대상 중 하나이다.[8] 1941년 윌슨산 천문대에서 겉보기 등급 19등급의 희미한 성운 형태로 처음 발견되었다.[15] 이 잔해는 가시광선 영역에서는 필라멘트 구조만 관측되지만, 강력한 전파와 X선을 방출한다. 지름은 약 4분각 정도이다. 케플러 초신성 잔해까지의 거리는 3킬로파섹(약 1만 광년)에서 7킬로파섹(약 2만 3천 광년) 사이로 추정되었으나,[16] 2021년에는 5.1킬로파섹으로 추정되고 있다.[18]

현재까지의 연구 결과에 따르면, 이 잔해는 Ia형 초신성의 결과물로 보인다.[1] 이는 탄소-산소 백색왜성이 동반성과 상호작용하여 폭발한 것이다.[17] X선 스펙트럼 분석 결과, 티코의 초신성 잔해와 유사하며 Ia형 초신성의 특징을 보인다. SN 1604 잔해 내 산소와 철의 비율은 태양과 거의 비슷하지만, 핵붕괴 초신성의 경우에는 산소 비율이 훨씬 높아야 한다. 폭발 후 중심부에 남은 천체가 확인되지 않았다는 점도 Ia형 초신성이라는 증거를 뒷받침한다.

또한, 초신성 잔해가 원시별(폭발 전의 별)에서 방출된 항성풍 물질과 상호작용했다는 증거도 발견되었다.[1] 이는 Ia형 초신성에서는 흔히 관측되지 않는 현상이다. 잔해 북쪽에 위치한 활꼴 충격파는 폭발 전 별의 질량 손실로 인해 생성된 것으로 추정된다.[16] 잔해의 형태는 구형 대칭이 아닌데, 이는 원시별이 도주성이었기 때문일 수 있다.

4. 1. 특징

케플러 초신성은 맨눈으로도 볼 수 있었으며, 최고 밝기일 때는 겉보기 등급이 -2.5등급으로 밤하늘의 다른 어떤 별보다도 밝았다. 3주 이상 낮에도 관측되었으며, 유럽, 중국, 한국, 아랍의 기록에 그 관측 기록이 남아 있다.[4][5]

요하네스 케플러가 쓴 ''신성에 대하여''(1606)에 있는 원본 그림에는 ''stella nova''(새로운 별)의 위치가 ''N''으로 표시되어 있다. ()

이 초신성은 티코 브라헤가 카시오페이아자리에서 관측한 SN 1572 이후 한 세대에 관측된 두 번째 초신성이었다. 1885년 S 안드로메다 이후 우리 은하 내에서 확실하게 관측된 초신성은 없지만, 우리 은하 외부에서는 많은 초신성이 관측되었다. 대마젤란 은하의 SN 1987A는 밤에 맨눈으로 볼 수 있었다.[6]

약 1680년과 1870년에 지구에 도달했을 것으로 추정되는 카시오페이아 A와 G1.9+0.3의 두 은하계 초신성에 대한 증거가 있다. 하지만 당시 이것들이 감지되었다는 역사적 기록은 없는데, 이는 성간 먼지에 의한 흡수로 가시광선이 가려졌기 때문일 가능성이 높다.[7]

케플러 초신성의 초신성 잔해는 그 종류의 전형적인 천체 중 하나로 간주되며, 여전히 천문학에서 많은 연구 대상이 되고 있다.[8]
찬드라 X선 관측소(Chandra X-ray Observatory)의 SN 1604 X선 영상
1941년 윌슨산 천문대에서 겉보기 등급 19등급의 희미한 성운으로 발견되었다.[15] 가시광선에서는 필라멘트만 관측되지만 강력한 전파 및 X선을 방출한다. 지름은 4분각이다. 거리 추정치는 3kpc(10000ly)에서 7kpc(23000ly) 이상으로 다양하며,[16] 2021년 현재는 5.1kpc로 추정된다.[18]

현재까지의 증거는 이 잔해의 기원이 Ia형 초신성[1]임을 지지하며, 이는 탄소-산소 백색왜성이 동반성과 상호작용한 결과이다.[17] X선 스펙트럼은 티코의 초신성 잔해와 유사하며, Ia형 초신성이다. SN 1604 잔해에서 산소와 철의 비율은 태양과 거의 같지만, 핵붕괴 초신성 시나리오에서는 산소의 비율이 훨씬 높아야 한다. 중심부에 남은 천체는 확인되지 않았는데, 이는 Ia형 초신성과 일치한다. 이 사건의 밝기에 대한 역사적 기록은 Ia형 초신성과 일치한다.[1]

초신성 잔해물이 원시별의 항성풍 물질과 상호작용한 증거가 있는데, 이는 Ia형 초신성에서는 예상치 못한 현상이지만 일부 사례에서 관측되었다.[1] 이 천체의 북쪽에 위치한 활꼴 충격파는 폭발 전 질량 손실에 의해 생성된 것으로 여겨진다.[16] 잔해 관측 결과는 초신성이 원시별 하나 또는 둘 모두에 속한 쌍극성 행성상성운과 상호작용했음을 시사한다.[17] 잔해는 구형 대칭이 아니며, 이는 원시별이 도주성계였기 때문일 가능성이 높다. 충격파는 진행하는 항성풍과 성간매질의 상호작용에 의해 발생한다. 질소와 규소가 풍부한 잔해는 이 계가 이미 점근거성가지 단계를 통과한 진화된 동반성을 가진 백색왜성으로 구성되었음을 나타낸다.[18]

5. 현대 천문학에서의 의의

케플러 초신성은 1572년에 튀코 브라헤가 카시오페아자리에서 발견한 초신성 1572에 이어, 당대에 발견된 두 번째 초신성이었다. 이후 1885년부터 안드로메다 은하에서 안드로메다자리 S를 시작으로 외부 은하들에서 많은 초신성이 발견되었지만, 현재까지 우리 은하에서는 더 이상의 초신성이 발견되지 않고 있다. 전파 탐지 등을 통한 다른 초신성의 존재 가능성은 충분하지만, 2012년 기준으로 육안으로 그 실재가 확인된 우리 은하 내의 초신성은 케플러 초신성이 마지막이다.[26]

케플러 초신성은 조선왕조실록에도 기록되어 있다. 선조 37년(1604년) 9월 21일(양력 10월 13일)부터 시작하여 7개월에 걸쳐 위치와 밝기를 관측한 결과가 쓰여 있다.

夜(有)一更, 客星在尾宿十度, 去極一百一十度, 形體小於歲星, 色黃赤, 動搖。|밤 1경에 객성이 미수 10도에 있어, (북)극과는 110도 떨어져 있었으니, 형체는 세성(목성)보다 작고 색은 누르고 붉으며 동요하였다.중국어

|선조실록 178권, 선조 37년 9월 21일 무진중국어

참조

[1] 웹사이트 Kepler's Supernova Remnant: A Star's Death Comes to Life http://chandra.harva[...] 2006-01-16
[2] 논문 A Deep ''Chandra'' Observation of Kepler's Supernova Remnant: A Type Ia Event with Circumstellar Interaction 2007-10-02
[3] 웹사이트 APOD: 2013 May 15 – Kepler's Supernova Remnant in X-Rays https://apod.nasa.go[...] 2024-02-23
[4] 서적 Historical Supernovae and their Remnants Clarendon Press
[5] 논문 Arabic Reports about Supernovae 1604 and 1572 in Rawḥ al-Rūḥ by cĪsā b. Luṭf Allāh from Yemen 2016
[6] 웹사이트 SN1987A in the Large Magellanic Cloud https://www.eso.org/[...] European Southern Observatory 2019-02-27
[7] 웹사이트 Chandra X-Ray Observatory http://chandra.harva[...] 2012-05-02
[8] 웹사이트 Chandra :: Photo Album :: Kepler's Supernova Remnant :: September 11, 2012 https://chandra.harv[...] 2020-04-12
[9] 논문 Kelper and the Star of Bethlehem http://adsbit.harvar[...] 2018-01-21
[10] 서적 Discorso di Lodovico Delle Colombe nel quale si dimostra che la nuova Stella apparita l'Ottobre passato 1604 nel Sagittario non è Cometa, ne stella generata, ò creata di nuovo, ne apparente: ma una di quelle che furono da principio nel cielo; e ciò esser conforme alla vera Filosofia, Teologia, e Astronomiche dimostrazioni Giunti
[11] 웹사이트 Bill Blair's Kepler's Supernova Remnant Page http://fuse.pha.jhu.[...] 2009-10-07
[12] 서적 Discorso di Lodovico delle Colombe https://gallica.bnf.[...]
[13] 서적 Galileo Oxford University Press
[14] 웹사이트 Dialogical Structures in 17th Century Controversies http://www.festschri[...] Gerd fritz 2018-01-21
[15] 논문 Nova Ophiuchi of 1604 AS a Supernova
[16] 논문 The Origin of Kepler's Supernova Remnant
[17] 논문 The Interaction of Type Ia Supernovae with Planetary Nebulae: The Case of Kepler's Supernova Remnant 2020-05
[18] 논문 Spatially Resolved RGS Analysis of Kepler's Supernova Remnant 2021-07
[19] 뉴스 ケプラーの超新星SN 1604 https://natgeo.nikke[...] ナショナルジオグラフィック ニュース
[20] 서적 星百科大事典 改訂版 地人書館
[21] 웹사이트 発見から400年、ケプラーの新星の謎を解く https://www.astroart[...] AstroArts
[22] 웹사이트 Chandra X-Ray Observatory https://chandra.harv[...] 2006-01-16
[23] 웹사이트 Bill Blair's Kepler's Supernova Remnant Page http://fuse.pha.jhu.[...] 2006-09-20
[24] 서적 Discorso, Nel quale si dimostra, che la nuova Stella apparita l'Octobre passato 1604 nel Sagittario... (정보 부족)
[25] 웹사이트 Bill Blair's Kepler's Supernova Remnant Page http://fuse.pha.jhu.[...] 2009-10-07
[26] 웹사이트 Chandra X-Ray Observatory http://chandra.harva[...] 2012-05-02


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