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우주 이야기 780 - 행성상 성운의 운명은 질량이 결정한다


(Abell 39, the 39th entry in a catalog of large nebulae discovered by George Abell in 1966, is a beautiful example of a planetary nebula. It was chosen for study by George Jacoby (WIYN Observatory), Gary Ferland (University of Kentucky), and Kirk Korista (Western Michigan University) because of its beautiful and rare spherical symmetry. This picture was taken at the WIYN Observatory's 3.5-m (138-inch) telescope at Kitt Peak National Observatory, Tucson, AZ, in 1997 through a blue-green filter that isolates the light emitted by oxygen atoms in the nebula at a wavelength of 500.7 nanometers. The nebula has a diameter of about five light-years, and the thickness of the spherical shell is about a third of a light-year. The nebula itself is roughly 7,000 light-years from Earth in the constellation Hercules. Credit: T.A.Rector (NRAO/AUI/NSF and NOAO/AURA/NSF) and B.A.Wolpa (NOAO/AURA/NSF))


 태양과 비슷한 별이 최후를 맞이하면 주변으로 가스를 방출하면서 백색왜성의 형태로 마지막을 마무리합니다. 이렇게 죽어가는 별이 남긴 가스가 아직 밀도가 높아서 망원경으로 관측할 수 있는 시기는 1만년 정도로 매우 짧습니다. 하지만 그 모습은 매우 아름다운데, 처음에는 행성처럼 보였기 때문에 이를 행성상 성운 (planetary nebula)이라고 부릅니다. 


 가까운 행성상 성운은 아마추어 망원경으로도 관측이 가능하며 천문학자들은 다른 은하의 행성상 성운까지 관측해 많은 연구를 진행했습니다. 하지만 몇 가지 중요한 논쟁이 지속되는 천체이기도 합니다. 천문학자들은 수백만 광년 밖에서도 관측이 가능한 행성상 성운도 발견했지만, 매우 어두워서 망원경으로 잘 보이지 않는 행성상 성운도 발견했습니다. 행성상 성운의 밝기를 좌우하는 가장 중요한 요소는 역시 별이 최후를 맞이했을 당시에 질량이겠지만, 정확히 아는 사람은 없었습니다. 


 맨체스터 대학의 알버트 지즐스트라 교수(Professor Albert Zijlstra from the University of Manchester)아 그 동료들은 정교한 모델을 사용해서 질량이 행성상 성운의 밝기에 미치는 영향을 조사했습니다. 이 모델에 의하면 태양 질량의 1.1배 이하인 별이 행성상 성운이 될 경우 희미한 행성상 성운이 되며 3배 이상인 경우 매우 밝은 행성상 성운이 되는 것으로 나타났습니다. 


 이것이 확실하다면 태양이 죽은 후에는 아쉽게도 밝고 아름다운 행성상 성운이 아니라 희미한 행성상 성운이 될 가능성이 큽니다. 연구팀은 이와 같은 이론적 예측이 실제 관측 결과와도 부합한다고 설명했습니다. 이 내용은 저널 Nature Astronomy에 발표되었습니다. 


 물론 50억 년은 후에 일어날 일이기 때문에 지금 우리가 크게 아쉬워할 이유는 없겠지만, 그래도 우리는 지구의 어머니 별인 태양이 장엄한 최후를 맞이할 것이라고 생각하기 쉽습니다. 하지만 이 이론이 맞다면 태양의 마지막은 상대적으로 조용하고 눈에 띄지 않는 행성상 성운과 백색왜성입니다. 평범하긴 하지만, 그래도 100억 년을 빛났던 태양의 평화로운 임종이 아닐까 생각합니다. 


 참고 


 The mysterious age invariance of the planetary nebula luminosity function bright cut-off, Nature Astronomy (2018). nature.com/articles/doi:10.1038/s41550-018-0453-9


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