https://www.coursera.org/learn/data-driven-astronomy
Week 1: Thinking about data
- Principles of computational thinking
전자계산학에 기초한 자료처리의 원리
- Discovering pulsars in radio images
전파망원경 관측영상에서 펄서 찾기
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Lesson 3: Pulsars (동영상 강좌)/ 한글자막 / 영문자막
[강좌대본]
[0:01] 1967년에 당시 캠브리지 박사과정 학생이던 조슬린 벨은 그녀의 전파 망원경 관측자료에서 뭔가 이상한 점을 발견했다. 하늘의 한켠에서 매우 미약한 신호음이 나오는 것이었다.
[0:13] 그 신호는 매 1.3초마다 아주 정확한 간격으로 반복되었다. 그 신호는 매우 한결 같아서 벨과 그녀의 지도교수 앤터니 휴위쉬는 그들이 발견한 신호에 LGM-1 이라고 별명을 붙였는데 작은 녹색인 이라는 뜻이다. 그들은 아마도 실제 외계 생명체의 신호는 아닐 것이라고 생각했다. 하지만 이렇게 놀랍도록 주기적인 신호가 우주로부터 나온다는 것을 어떻게 설명할 수 있을까?
[00:33] 사실 이론적인 설명은 이미 오래전부터 있어 왔는데 이 신호를 포착하기 약 30년 전에 그에 대한 예측이 있었다. 1930년대 천문학자 월터 바데와 프릿츠 쯔비키가 초신성의 폭발을 설명하기 위한 연구를 했었다.
[00:45] [SOUND] 급작스런 폭발은 어느 별이 죽었다는 징표다. 그 폭발로 인해 한동안 은하 전체보다 밝게 빛난다. 중성자라고 하는 아원자 입자가 1932년에 발견되자 바데와 쯔비키는 그들의 문제를 해결 할 수 있을 것이라고 생각 했다. 그들은 늙은 거대한 별이 핵 연료를 모두 소진하면 자체 중력으로 급격히 쪼그라 들거라고 생각 했다. 그 별의 중심부는 급격히 초 밀집된 중성자의 공으로 변화할 것이다. 그리고 별의 외곽 층은 빛과 에너지의 거대한 폭발로 인해 모두 날아가 버리는데 이것이 바로 초신성이다.
[01:20] 중성자로 밀집된 중심부는 그대로 남아 소위 중성자 별이라 불린다. 태양의 두배에서 세배의 질량이 압축되어 지구상의 큰 도시 만 해질 것라는 그렇듯한 이론이다. 하지만 1960년대 까지만 해도 가설에 불과 했는데 중성자 별은 너무나 어두웠기 때문에 망원경으로 발견 할 수 없었다. 중성자 별은 그저 가설일 뿐이었다.
[01:40] 하지만 1960년대에 이르러 별이 급격히 붕괴하면 두가지 흥미로운 현상이 나타난 다는 점을 알게 됐다. 별은 전형적으로 몇일에 한번씩 자전한다. 각 운동량 법칙에 따르면 별이 붕괴하면 자전 속도가 빨라진다. 결국 매우 밀도가 높은 중성자 별의 경우 자전 속도는 초당 수회에서 수십회, 심지어 수백회에 이를 것이라 예상됐다.
[02:03] 또한 이 별은 지구처럼 자기장을 가지고 있다. 이 별이 붕괴할 때 자기장도 함께 쪼그라 들었다. 결국 중성자별의 자기장도 믿을 수 없을 만큼 높은 밀도의 자기장을 가졌을 것이다. 중성자 별을 둘러싼 전기를 띈 입자들과 초고온의 플라즈마들이 별의 자기 극을 향해 쏟아진다. 결국 양 극에서 외부로 강력한 불빛처럼 분출된다.
[02:26] 이 두가지 이론을 합쳐 중성자 별이 마치 등대처럼 되는 것이다. 공간에서 빠르게 회전하는 에너지 분출 기둥이 우주 전역으로 반짝이게 된다. 벨과 휴위쉬가 그들의 전파 망원경으로 발견한 느닷없는 신호의 정체가 밝혀진 것이다. 그 신호는 작은 녹색 외계인이 지구와 통하기 위해 보내는 신호가 아니었다. 벨과 휴위시가 발견한 주기적인 펄스는 자전하는 중성자 별이 매 1.3초마다 지구를 훑었기 때문이었다. 그외 다른 천문학자들도 하늘을 관측하여 더 많은 중성자 별을 찾아냈다. 주기가 다소 느린 것도 있고 어떤 것은 아주 빨랐다. 이런 별들은 펄사(Pulsars)라고 한다.
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[추가문헌]
1. "An Introduction to the Pulsars"(CSIRO),
http://www.atnf.csiro.au/outreach/education/everyone/pulsars/index.html
2. "Pulsar Properties"(NARO),
https://www.cv.nrao.edu/course/astr534/Pulsars.html
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[퀴즈]
Pulsars: test your understanding
Quiz, 5 questions
1. Why are neutron stars expected to spin rapidly?
a) Neutron stars have high temperatures.
b) Neutron stars conserve angular momentum when they collapse.
c) Neutron stars have high densities.
d) Neutron stars gain energy from the supernova explosion that formed them.
2. Why can’t pulsars be spinning white dwarf stars?
a) A white dwarf spinning that fast would fly apart.
b) White dwarfs are not dense enough.
c) White dwarfs are not that common.
d) White dwarfs do not have magnetic fields.
3. Which of the following would you expect to be about the same density as a neutron star?
a) An atomic nucleus.
b) The Sun.
c) The Earth's core.
d) A white dwarf.
4. Approximately how many pulses per second would you expect from a ‘millisecond’ pulsar?
a) 0.001
b) 1000
c) 1000000
d) 1
5. Why does radio emission from pulsars come as pulses?
a) Electrons near the pulsar travel in spirals around magnetic feld lines.
b) The surface of the pulsar expands and contracts with a regular period.
c) The rotation axis is not aligned with the magnetic axis.
d) Radio waves from the pulsar are dispersed as they travel through the interstellar medium.
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1. (b), 2. (a), 3. (a), 4. (b), 5. (c)
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