고리 성운의 철심:천문학자들이 예상치 못한 구조를 발견하다

고리 성운은 거문고자리에 있는 밝은 가스 껍질입니다. 이는 오랫동안 태양과 유사한 별들이 수명이 다할 때 어떻게 외피를 벗어났는지를 보여주는 교과서적인 사례로 여겨져 왔습니다. 또한 이 성운은 아마도 우주 매니아는 물론 아마추어 및 전문 천문학자 모두가 가장 좋아하는 성운 중 하나일 것입니다.

이제 그것은 전혀 예상치 못한 일로 과학자들을 놀라게 했습니다. 바로 중심을 관통하는 거대한 철 원자 막대입니다.

이 발견은 스페인의 William Herschel 망원경의 새로운 장비를 사용하는 유럽 천문학자 팀에서 나왔습니다. 눈에 잘 띄지 않는 이 철 구조물은 화성과 비슷한 질량으로 추정되며, 명왕성 궤도보다 수백 배 더 넓은 지역에 걸쳐 펼쳐져 있습니다. 어떻게 거기까지 왔는지는 아무도 모릅니다.

카디프 대학과 런던 대학의 천문학자인 로저 웨슨(Roger Wesson)은 성명에서 "데이터를 처리하고 이미지를 스크롤할 때 한 가지가 무엇보다도 명확하게 드러났습니다. 바로 친숙하고 상징적인 고리 한가운데에 이전에 알려지지 않았던 이온화된 철 원자의 '막대'가 있다는 것입니다."라고 말했습니다.

이번 연구 결과는 왕립천문학회 월간 공지에 게재되었습니다. .

새로운 관점

메시에 57(Messier 57)로도 알려진 고리 성운은 지구에서 약 2,000광년 떨어져 있습니다. 이것은 태양과 같은 별이 핵연료를 다 써버리고 천천히 바깥층을 우주로 떨어뜨릴 때 형성된 행성상 성운(18세기로 거슬러 올라가는 오해의 소지가 있는 이름)입니다. 중심에 남은 것은 이전 별의 밀집된 핵인 백색 왜성입니다.

천문학자들은 허블 우주 망원경과 최근에는 제임스 웹 우주 망원경을 포함한 많은 망원경을 사용하여 수십 년 동안 고리 성운을 연구해 왔습니다. 그 관측소에서는 복잡한 껍질, 가스 덩어리, 빛나는 먼지가 드러났습니다. 하지만 그들 중 누구도 이 철창을 보여주지 않았습니다.

차이점은 WHT Enhanced Area Velocity Explorer의 약자인 WEAVE라는 새로운 장비에서 비롯되었습니다. 성운의 좁은 조각 하나에서 단일 스펙트럼을 취하는 대신 WEAVE는 전체 물체에 걸쳐 수백 개의 지점에서 빛을 한 번에 수집할 수 있습니다. 이 장비는 빛을 색상으로 분리하여 천문학자들이 성운 전체에 걸쳐 화학 원소의 지도를 그릴 수 있게 해줍니다.

그 능력은 익숙한 물건을 낯선 영역으로 바꾸어 놓았습니다.

철은 성운의 내부 영역을 가로지르는 좁은 막대 모양의 구름처럼 보입니다. 성운은 이온화된 철(여러 개의 전자가 없는 원자)에서만 빛을 방출하는 반면 성운의 다른 요소는 동일한 모양이나 움직임을 공유하지 않습니다. WEAVE 데이터에서 철은 홀로 서있습니다.

그 규모가 어마어마해서 무시하기 어렵습니다. 막대는 명왕성과 태양 사이의 거리보다 약 500배 더 길고, 검출된 철의 총 질량은 화성의 질량과 비슷합니다. 비교하자면, 철은 일반적으로 성운의 미량 성분으로, 종종 먼지 알갱이 안에 갇혀 있습니다.

강철의 음모

너무 많은 자유철의 존재는 즉각적인 의문을 제기합니다. 대부분의 행성상 성운에서, 죽어가는 별들이 바깥층을 벗어남에 따라 철은 빠르게 고체 먼지로 응축되어 가스에 자유철이 거의 남지 않습니다. 우주에서 자유롭게 빛나는 철 원자를 발견한 것은 이곳에서 특이한 일이 일어났음을 암시합니다.

한 가지 아이디어는 철 막대가 죽어가는 별이 어떻게 가스를 방출했는지에 대한 기록을 보존한다는 것입니다. 별의 방출은 고르지 않고 올바른 도구를 사용해서만 볼 수 있는 구조를 조각했을 수 있습니다.

또 다른 설명은 성운 내부의 고체 물질을 파괴했을 수 있는 과정을 지적합니다. 철은 일반적으로 작은 먼지 알갱이 안에 갇혀 있지만, 그 알갱이가 손상되면 철 원자가 주변 가스로 방출될 수 있습니다. 단서는 제임스 웹 우주 망원경이 촬영한 적외선 이미지에서 나온 것으로, 철분이 풍부한 지역에는 예상보다 먼지가 적게 포함되어 있음을 알 수 있습니다.

이 아이디어를 혼란스럽게 만드는 것은 명백한 원인이 부족하다는 것입니다. 먼지는 일반적으로 강한 충격파에 부딪치거나 극도로 뜨거운 가스에 노출되면 부서집니다. 천문학자들은 고리 성운에서 둘 중 하나의 명확한 징후를 볼 수 없습니다. 또한 철은 너무 느리게 움직이기 때문에 좁은 제트기류로 바깥쪽으로 폭발해 그 근원이 밝혀지지 않은 상태입니다.

이번 연구의 공동 저자이자 유니버시티 칼리지 런던(University College London)의 천문학자 Janet Drew는 "우리는 확실히 더 많은 것을 알아야 합니다. 특히 새로 발견된 철과 다른 화학 원소가 공존하는지 여부를 알아야 합니다. 이는 아마도 우리가 추구해야 할 올바른 종류의 모델을 알려줄 것이기 때문입니다."라고 말했습니다. "현재 우리는 이 중요한 정보를 놓치고 있습니다."

철 막대도 성운의 중심별과 완벽하게 일치하지 않습니다. 대신 성운 내부 공동의 기하학적 중심에 더 밀접하게 연결되어 있는 것으로 보입니다.

웨슨은 "링에 있는 철 막대가 독특하다면 매우 놀랄 것"이라고 덧붙였다. “따라서 같은 방식으로 생성된 더 많은 성운을 관찰하고 분석하면서 이 현상의 더 많은 예를 발견하여 철이 어디서 나오는지 이해하는 데 도움이 되기를 바랍니다.”