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이제까지 발견된 가장 넓은 궤도를 가진 펄사

  • 작성자 : KASI
  • 작성일 : 2015-05-07
  • 조회수 : 1930
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고등학교 학생들의 팀이 국립 과학 재단(NSF)의 로버트 C. 버드 그린 뱅크 망원경(GBT)의 데이터를 분석하여 결코 전에 본적 없는 펄사를 발견했다. GBT를 사용한 천문학자에 의한 추가 관찰은 이 펄사가 중성자별 주위의 것 중에서 가장 넓은 궤도를 가지고 있으며, 쌍으로 된 중성자별 시스템의 소수의 일부임을 밝혀냈다.

이 인상적인 발견은 천문학자들이 어떻게 두 개의 중성자별 시스템이 형성하고 발전하는지의 더 나은 이해를 하는데 도움이 될 것이다.

펄사는 초신성으로 폭발한 거대한 별이 초고밀도로 남은, 빠르게 회전하고 있는 중성자별이다. 펄사가 회전하면서, 그것의 강력한 자기장의 극에서의 흐름인 전파의 등대 같은 광선은 우주 공간을 통하여 퍼진다. 이러한 광선들 중 하나가 지구를 가로질러 퍼질 때, 전파 망원경은 전파의 펄스(맥동)를 포착할 수 있다.

“펄사는 우주에서 가장 극단적인 개체의 일부”라고 모건타운에 있는 웨스트 버지니아 대학에 물리학 및 천문학과 대학원생이고 이 결과와 그것의 의미를 설명하는 천체 물리학 저널에 게재될 것으로 받아들여진 논문의 주 저자인, Joe Swiggum은 말했다. “학생들의 발견은 정말 독특한 환경에서 이러한 개체들 중 하나를 보여준다”고 Swiggum은 덧붙였다.

알려진 펄사의 약 10%가 쌍성계이다. ; 이들의 대부분이 아주 오래된 백색 왜성 동반자 별들을 공전하는 것으로 발견되었다. 다만 드문 몇 개만이 다른 중성자별 또는 우리의 태양과 같은 주 계열성을 공전한다. 천문학자들이 믿는, 쌍으로 된 중성자별 시스템이 소수인 이유가 펄사들과 모든 중성자별이 형성되는 과정이다.

거대한 별이 통상적인 삶의 끝에서 초신성으로 되어 갈 때, 폭발은 남아있는 별의 코어에 "킥"을 주어, 조금 일방적일 수 있다. 이것이 일어날 때, 생성된 중성자별은 우주 공간을 통해 세차게 내던져 보내진다. 이러한 킥들은 – 그리고 초신성 폭발에서의 상응하는 질량 손실 – 중력으로 같은 시스템에 갇혀 남아있을, 두 개의 그런 별들의 기회가 현저하게 희박하다는 것을 의미한다.

[이미지]
100-미터 로버트 C. 버드 그린 뱅크 망원경의 데이터는 이제까지 동반자 중성자별의 주위에서 관찰된 가장 넓은 궤도를 가진 것으로 결정하는, 이전에 알려지지 않은 펄사의 표시(증거) 신호를 밝혔다.

공식 지정 PSR J1930-1852를 받은 이 펄사는, 당시 버지니아에 스트라스버그 고등학교의 학생이었던, Cecilia McGough 그리고 메릴랜드, 볼티모어에 폴 로렌스 던바 고등학교의 학생이었던, De`Shang Ray에 의해 2012년에 발견되었다.

이 학생들은 GBT에 의해 수집된 펄사 조사 자료 분석에 관심이 높은 학생들을 포함하는 NSF-투자의 교육적인 봉사활동 프로그램인, 여름 펄사 탐색 공동 연구소(PSC) 워크숍에 참여하고 있었다. 학생들은 자주 펄사를 식별하는 고유한 신호를 찾는, 데이터 플롯(구상)에 몇 주와 몇 달에 걸쳐 시간을 보냈다. 강력한 펄사 후보들을 식별하는 이 학생들은 그들의 발견을 확인하기 위해 천문학자들과 함께 일하도록 그린 뱅크에 초청되었다.

천문학자들은 원래의 검출과 추적 관찰 사이에서 그것의 스핀 주파수(초당 회전수)의 차이에 근거하여, 새로운 펄사가 쌍성계의 일부라고 결정했다.

그러나 하늘의 같은 지역에 대한 광학 망원경 조사는, 눈에 보이는 동반자를 보이지 않았다. - 만약 이것이 백색 왜성 또는 주 계열성이라면 분명하게 보였을 것이다. “눈에 보이는 신호의 부족과 펄사 타이밍의 신중한 재조사를 감안할 때, 우리는 가장 가능성 있는 동반자가 다른 중성자별이라고 결론지었다”고 Swiggum은 말했다.

펄스의 타이밍의 추가 분석은 두 개의 중성자별이 이제까지 쌍으로 된 중성자별 시스템에서 관찰된 가장 넓은 간격을 가지고 있음을 나타낸다.

쌍으로 된 중성자별 시스템의 일부 펄사들은 그들의 궤도 경로가 우리 태양의 크기와 비슷하게 그들의 동반자에 아주 가깝다. 그리하여 그들은 하루 이내에 전체 궤도를 돈다. J1930-1852의 궤도 경로는 대략 수성과 태양 사이의 거리인 약 5천2백만 킬로미터에 걸쳐 있으며 매 45일마다 한 번, 그것의 동반자를 궤도 선회한다. “그 궤도는 이전에 알려진 쌍으로 된 중성자별 시스템보다 두 배 이상 크다”고 Swiggum은 말했다. “펄사의 매개 변수는 이 같은 시스템을 형성할 수 있는 방법에 대한 중요한 실마리를 우리에게 제공한다. J1930-1852 같은 특이 시스템의 발견은 우리에게 쌍의 진화 가능성의 전체 범위의 명확한 그림을 제공한다”고 Swiggum은 덧붙였다.

펄사 탐색 공동 연구소 발견들과 관련된 연구는 계속되고 있다 ; PSC 프로그램이 계속되면서, 천문학자들은 1천 7백만 파운드 GBT에 의해 생성된 130테라바이트의 데이터가 이전에 알려지지 않았던 수십 개의 펄사를 밝힐 것을 기대한다.

펄사 탐색 공동 연구소는 미국 국립 전파천문대와 웨스트 버지니아 대학 간의 공동 프로젝트이다. 목표는 고등학생들에게 실제 연구를 하는 경험을 주는 것이다.“이 경험은 과학에 익숙해지기 위해 `아인슈타인`이 될 필요가 없다는 것을 나에게 가르쳐 준다”고 현재, 천문학 및 천체 물리학 그리고 물리학을 전공하는 주립대학에서 펜실베니아 주립대학의 슈라이어 명예 대학(Schreyer Honors College) 학자(교수)로 있는 McGough는 말했다. “당신이 해야 하는 것은 당신의 일에 열정적으로 집중하고, 전념하는 것”이라고 McGough는 덧붙였다.

“우리가 하늘로 올려다보고 우주를 공부하면서, 우리는 그 곳 밖이 무엇인지를 이해하려고 노력한다”고 현재, 볼티모어 카운티의 커뮤니티 칼리지에서 생물학, 공학, 그리고 응급 의료 서비스를 공부하고 있는 학생인 Ray는 말했다. “이 경험은, 할 수 있는 것과 우리가 보지 못한 것을 탐구하고, 상상하고, 그리고 꿈꾸게 할 수 있도록 나에게 도움이 되었다”고 Ray는 덧붙였다.

100미터 그린 뱅크 망원경(GBT)은 세계 최대의 충분히 쉽게 조종할 수 있는 전파 망원경이다. 원하지 않는 라디오 전파간섭으로부터 극도로 민감한 망원경을 보호하기 위해 설치된 국립 라디오파 보호 지역에 있는 그것의 위치는 고유의 관측을 수행할 수 있도록 한다.


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