새로 발견된 별은 폭발하기 1년 전에 태양 질량만큼 물질을 방출하면서 초신성이 되어 표준적인 항성 진화 이론에 도전하게 되었습니다. 새로운 관측은 천문학자들에게 별이 죽고 폭발하기 전 마지막 해에 무슨 일이 일어났는지에 대한 통찰력을 제공합니다.
초신성이 발생하기 1년 전, 현재 SN2023ixf로 알려진 적색 초거성은 예기치 않게 태양 질량과 동등한 질량을 잃었습니다. 이 예술가의 개념은 별이 폭발하기 전 질량 손실의 마지막 단계에서 어떤 일이 일어날 수 있는지 보여줍니다. 이미지 출처: Melissa Weiss/CfA.
핵붕괴 초신성과 SN2023ixf
SN2023ixf는 2023년 5월 일본 야마가타현에서 아마추어 천문학자 이타가키 코이치가 발견한 새로운 유형 II 초신성이다. SN2023ixf는 지구에서 약 2천만 광년 떨어진 Pine Wheel Galaxy에 위치하고 있습니다. 이 별은 지구에 매우 가깝고, 초신성은 극도로 밝고, 나이가 매우 어리기 때문에 초신성 폭발로 인한 거대한 별의 죽음을 연구하는 과학자들에게 관측 가능한 데이터의 보물창고가 됩니다.
적색초거성의 질량이 태양의 최소 8배, 태양의 최대 25배에 이르면 자체 무게로 인해 붕괴되어 폭발하게 됩니다. 이것은 II형 초신성 또는 핵붕괴 초신성입니다. SN2023ixf는 Type II의 설명에 적합하지만 Harvard 및 Smithsonian 천체물리학 센터(CfA)의 천문학자들이 이끄는 후속 다파장 관찰과 다양한 CfA 망원경을 사용하여 새롭고 예상치 못한 동작을 발견했습니다.
SN2023ixf는 올해 초 일본 야마가타현의 아마추어 천문학자 이타가키 코이치(Koichi Itagaki)가 발견한 젊은 초신성입니다. 이는 지난 10년 동안 가장 가까운 II형 초신성 중 하나이자 현재까지 가장 밝은 초신성 중 하나입니다. 이 예술가의 렌더링은 천문학자들이 이전에 본 적이 없는 예상치 못한 질량 손실에 따른 SN2023ixf의 밝은 폭발을 보여줍니다. 사진 출처: Melissa Weiss/CfA
핵 붕괴 초신성은 폭발로 인한 충격파가 별의 바깥 가장자리에 도달할 때 초신성이 된 후 몇 시간 내에 섬광을 생성합니다. 그러나 SN2023ixf에서 생성된 광 곡선은 예상된 동작을 따르지 않는 것으로 보입니다. SN2023ixf의 충돌 폭발을 더 잘 이해하기 위해 CfA 박사후 연구원 Daichi Hiramatsu가 이끄는 과학자 팀은 1.5미터 Tillinghast 망원경, 1.2미터 망원경 및 애리조나에 있는 CfA의 데이터를 분석했습니다. fA의 Fred Lawrence Whipple Observatory에서 MMT에서 얻은 데이터와 Global Supernova Project(Las Cumbres Observatory의 중요한 프로젝트), NASA의 Neil Gehrels Swift Observatory 등에서 얻은 데이터입니다. 이번 주 The Asphysical Journal Letters에 발표된 다파장 연구는 기대와 항성 진화 이론과 달리 SN2023ixf의 충돌 폭발이 며칠 지연되었음을 보여줍니다.
지연 충격파의 효과
"지연된 충격파 폭발은 최근의 질량 손실로 인해 생성된 밀도 높은 물질이 존재한다는 직접적인 증거입니다"라고 Hiramatsu는 말했습니다. 이러한 극단적인 질량 손실은 II형 초신성의 전형적인 현상은 아니라고 덧붙였습니다. 우리의 새로운 관찰에 따르면 폭발 전 작년의 질량 손실은 거대하고 예상치 못한 수준이었습니다. 이는 태양의 질량에 가깝습니다. "
SN2023ixf의 조상별이 폭발한 지 불과 한 달이 지난 2023년 6월 27일에 CfA의 Fred Lawrence Whipple Observatory의 1.2m 망원경으로 촬영한 이 합성 이미지는 녹색, 빨간색, 근적외선 및 적외선을 결합하여 SN2023ixf와 바람개비 은하를 강조합니다. SN2023ixf는 거대한 별들이 폭발할 것으로 예상되는 은하수의 나선팔 중 하나에 위치하고 있습니다. 출처: S.Gomez/STScI
SN2023ixf는 거대한 별의 진화와 초신성으로의 진화에 대한 천문학자들의 이해에 도전합니다. 과학자들은 핵붕괴 초신성이 우주의 원자, 중성자별, 블랙홀의 형성과 진화의 주요 기원점이라는 것을 알고 있지만, 별이 폭발하기 몇 년 전의 기간에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 새로운 관찰에 따르면 별의 생애 마지막 몇 년 동안 불안정성이 발생하여 극심한 질량 손실이 발생할 수 있습니다. 이는 항성핵에 있는 실리콘과 같은 고품질 원소의 핵 연소의 최종 단계와 관련이 있을 수 있습니다.
추가 관찰 및 협력
하버드 대학과 CfA의 천문학 교수이자 멘토인 에도 버거(Edo Berger)가 히라마츠 다이치(Daichi Hiramatsu)가 이끄는 다파장 관측을 수행하는 동안 하와이 마우나 케아(Mauna Kea) 정상에서 CfA 서브밀리미터 어레이(SMA)를 사용하여 이 초신성에 대한 밀리미터파 관측을 수행했습니다. The Asphysical Journal Letters에 게재된 데이터는 폭발 전에 손실된 초신성 잔해와 밀도가 높은 물질 사이의 충돌을 직접 추적합니다.
Berger는 "SN2023ixf 폭발의 타이밍은 완벽했습니다"라고 말했습니다. "불과 며칠 전, 우리는 SMA를 통해 초신성 폭발을 연구하기 위한 야심 찬 새로운 3개년 프로그램을 시작했으며, 이 흥미진진한 근처 초신성이 우리의 첫 번째 목표였습니다." 거대한 별이 폭발할 때까지 생애 마지막 몇 년 동안 어떻게 행동하는지 이해하는 유일한 방법은 아주 어릴 때, 바람직하게는 근처에 있는 초신성을 발견하고 다양한 파장에서 연구하는 것입니다. 광학 및 밀리미터파 망원경을 사용하여 우리는 SN2023ixf를 타임머신으로 효과적으로 전환하여 죽기 전의 모습을 재구성했습니다. "
아마추어 천문학자가 된다는 것의 의미
이 초신성 자체의 발견과 그 직후에 이루어진 연구는 자신의 뒷마당에서 과학을 수행하는 사람들을 포함하여 전 세계의 천문학자들에게 큰 의미를 갖습니다. 이타가키는 2023년 5월 19일 일본 오카야마의 개인 천문대에서 초신성을 발견했습니다. 이타가키와 다른 아마추어 천문학자들의 종합 데이터를 통해 폭발 시간을 2시간 이내로 확인했으며, 이는 CfA 및 기타 천문대의 전문 천문학자들의 연구에 유리한 출발점을 제공했습니다. CfA 천문학자들은 지속적인 광학 관측을 위해 Itagaki와 계속 협력하고 있습니다.
Daichi Hiramatsu는 다음과 같이 말했습니다. "아마추어와 전문 천문학자들의 협력은 초신성 분야에서 성공을 거두는 오랜 전통을 가지고 있습니다. SN2023ixf의 경우, 저는 SN2023ixf를 발견한 직후 이타가키 고이치로부터 긴급 이메일을 받았습니다. 이러한 관계가 없었고 이타가키의 노력과 헌신이 없었다면 우리는 거대한 별의 진화와 초신성 폭발에 대한 중요한 통찰력을 얻을 수 있는 기회를 놓쳤을 것입니다."