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Week 4: Managing your data
제4주차: 획득 자료 관리
- How to set up databases to manage your data
수집한 자료의 관리를 위한 데이터 베이스 구축하기
- Exploring the life cycle of stars in our Galaxy
우리 은하내 별의 일생 탐구
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1강: 대용량 자료관리(입문)
Lesson 1. Managing your Big Data / 한글자막 / 영문자막
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2강: 별의 탄생과 죽음의 과정
Lesson 2: The Lifecycle of Stars / 한글자막
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3강: 데이터베이스 만들기
Lesson 3: Setting up your own database / 한글자막
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4강: 성단 탐구
Lesson 4: Exploring a Star Cluster / 한글자막 / 영문자막
[강의대본]
[00:06] 우리가 생성한 구조에 맞춰 모든 자료들을 조직화 했다. 이제 이 자료들을 연구에 활용해 볼 차례다. 우리가 만든 자료에 담긴 별들을 허쯔스프렁-러셀 도(HR Diagram)를 이용하여 조사해 보기로 한다.
[00:16] HR도는 천문연구에 관련되어 가장 유면한 도표중 하나다. (이 도표를 빼고 천문학과 천체물리학을 이야기 할 수 없다. HR-Diagram 을 유튜브에서 검색해보자.) 이 도표는 별의 광량(luminosity, 천문학에서 '광량'이란 단위시간당 천체에서 방출되는 에너지의 총량을 의미한다.) 또는 절대등급(magnitude)과 그 온도 또는 색(색온도, Color Temperature)의 관계를 그림으로 보여준다. HR 도의 특이한 점의 하나는 온도의 표기 인데 왼쪽으로 갈 수록 온도가 높다.(대개 도표의 가로, x 축은 오른쪽으로 갈 수록 증가한다.) 광량은 위로 갈수록 증기한다. 하지만 주의할 점은 밝기를 등급으로 표시할 경우 밝은 별 일수록 급수가 낮다. 따라서 위로 올라갈 수록 낮은 등급이다.
[00:41] HR 도에서 별을 찍어보면 무리를 짖게된다.(이 점이 HR도가 유명해진 이유다.) 이 강좌에서 이미 여러번 들어 봤을 텐데 오른쪽 아래에서 왼쪽 위로 가로지르는 사선을 주계열(main sequence)라 한다. 가장 무거운 별은 왼쪽 위에 자리하며 파란색 계열의 색을 띈다. 반면 가벼운 별, 적색 왜성(Red Dwarf)은 차갑고 어두워 도표에서 오른쪽 아래에 자리한다. 오른쪽 위는 매우 많은 빛을 내지만 차가운 적색거성(Red Giant)의 자리다. 그래서 적색을 띈다. (차갑지만 밝은 이유는 크기 때문이다.) 백색왜성(White Dwarf)은 도표의 아래에 놓이는데 주계열 성의 밑이다. 이들은 대개 매우 뜨겁고 표면적 당 많은 에너지를 방출한다. 하지만 반경이 작기 대문에 표면적이 넓지 않아서 광량은 많지 않다.
[01:24] HR도를 그리는데 한가지 장애가 있다면 우리는 별의 온도를 잘 알지 못한다는 점이다. 그리고 광량을 알기 위해서 별까지의 거리를 알아야 한다. 다행 스럽게도 이에 대한 편리한 해결책이 있다.
[01:38] 성단(Star Cluster)이라 하면 별들이 뭉쳐 있다는 것이므로 그에 속한 별들은 대략 우리로부터 거리가 비슷하다고 할 수 있다. 이는 그 별들의 실제 광량을 알지 못하더라도 걷보기 등급을 활용 할 수 있다는 점이다. 거리가 모두 같다면 절대적인 등급 대신 상대 등급으로 HR도를 만들 수 있다. 또한 히파르코스(HIPARCOS)가 그랬던 것처럼 별의 색을 측정 할 수 있는데 흑체복사 체의 색은 온도를 대변한다. 온도가 낮은 별일 수록 적색을 띄며 뜨거울 수록 청색이다.
[02:02] 따라서 온도대신 색을 도표에 활용 한다. 밝기와 온도를 표시하든 (겉보기)등급과 색으로 표시하든 HR 도는 같은 특성을 보여준다. 이론이 아닌 실제 관측으로 그려보면 알 수 있다.
[02:11] 색-등급표(HR 도)를 보면 성단 내에 어떤 종류의 별이 지배적으로 많은지 알 수 있다. 성단 내의 모든 별들은 거의 같은 시기에 탄생됐을 것이며 같은 화학조성 또는 금속성(metallicity)을 하고 있을 것이다.(천문학에서 수소와 헬륨보다 무거운 원소는 모두 '금속성'으로 취급한다.) 오래된 성단 일수록 밝은 별은 적색거성이 차지하고 있고 주계열에서 왼쪽 윗부분이 비어있다.
[02:26] 이는 별의 질량과 수명의 관계를 역으로 따져보면 당연하다. 무거운 주계열 별이 진화하여 모두 적색거성이 되었기 때문에 왼쪽 위 부분이 빈 것이다. 여전히 주계열에 머물고 있는 무거운 별들의 대부분은 전환의 기로(turn-off point)에 서 있다는 것을 보여준다.
[02:42] 이런 사실로부터 성단의 나이를 계산해 낼 수 있다. 오래된 성단 일수록 전환점이 주계열 아랫쪽으로 내려온다. 성단까지의 거리는 색-등급표의 특성과 그리고 이론적으로 알아낸 발광량(luminosities)에 대한 관측된 겉보기 밝기의 관계에서 계산된다.
* 물리현상(핵융합)에 대한 이론을 토대로 별의 물리량을 계산해 낼 수 있다. 흑체복사의 색온도와 별의 크기가 무한정 클 수 없다는 전제 하에 별이라는 구형 발열체가 존재 하려면 이에 필요한 내부 에너지와 중력의 균형이 이뤄져야 한다. 이를 '정역학적 평형 상태'에 있다고 한다. 별의 지름, 표면적, 에너지 방출량(발광량)의 추산, 겉보기 밝기는 거리의 제곱에 반비례 법칙을 적용하면 결국 별의 색으로 거리를 계산 해 낼 수 있다.
[02:59] 주계열 별의 색깔로부터 광량을 알 수 있는데 이 과정은 주계열 맞춤(main-sequence fitting)으로 알려져 있다. 그리고 주계열에서 적색거성으로 가지 친 끝(Tip of RGB, Red Giant Branch)에서 광량을 활용한다. 가장 젊은 성단의 경우 성단내의 개별 별의 시차를 활용한다. 히파르코스 위성과 그 뒤를 이은 가이아 임무(Gaia)를 통해 측정한 거리를 측정용 별 시차(stellar parallax)와 겹합될 수 있다. (색온도 거리측정과 우주 관측선에서 시차로 측정한 거리를 결합하여 보정) 이리하여 성단은 우주 거리측정 계단(Cosmic Distance Ladder)에 빗장 하나를 추가하였다. 우리 인근의 우주 급 지도를 만드는데 도움이 됐다.
[03:30] 천문학에서 거의 모든 자료 분석은 다양한 정보원으로부터 얻은 자료를 활용한다. 각 망원경들은 고도로 특화되었다.(광학이외의 영역으로 관측 파장대가 확대됨,능동 광학기술과 거대구경) 그리고 각 파장대 별 관측으로 우주에서 일어나고 있는 물리현상을 이해하는데 필요한 정보의 일단을 제공한다. 별과 성단의 관측이 우리 은하가 어떻게 진화해 가는지 이해하는데 결정적이다. (태양의 연구로 별에 대한 이해를 높이는데 역활을 한 것처럼 우리은하는 우주의 다른 은하를 이해하는데 결정적 역활을 한다.)
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