베텔게우스

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플램스티드 명칭 순
그 외 오리온자리에 속한 항성

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[ 심원천체 ]

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NGC 1981 ^S	NGC 1980 ^S	트라페지움성단 ^S	드 모이란 성운 ^N
S: 성단, N: 성운, G: 은하, O: 기타 천체, ?: 불명

}}}||

틀:별자리 · 오리온자리 · 천문학 관련 정보

오리온자리의 항성 바이어 명명법
시작	α Ori 오리온자리의 적색초거성	→	β Ori 오리온자리의 청색초거성

α Ori 베텔게우스 Betelgeuse

관측 정보
위치	적경	05h 55m 10.30536s
	적위	+07° 24′ 25.4304″
	별자리	오리온자리
물리적 성질
형태		적색초거성
분광형		M1~M2 Ia~ab [1]
거리		408~548⁺⁹⁰_-49 광년 125[2]~168.1^+27.5_-14.9[3] 파섹
반지름		640[4]~764⁺¹¹⁶_-62[5] 태양반경
질량		14[6]~19[7] 태양질량
평균 온도		3,600±200[8]~3800[9] K
나이		8[10]~14[11] 백만 년
운동	시선속도	21.91 km/s
	자전 속도	5.47±0.25 km/s[12]
광학적 성질
겉보기 등급		+0.5[13]
절대 등급		-5.85[14]
광도		87,100^+20,500_-11,200 태양광도[15]
명칭
Betelgeuse, α Ori, 58 Ori, HR 2061, BD+7°1055, HD 39801, FK5 224, HIP 27989, SAO 113271, GC 7451, CCDM J05552+0724, AAVSO 0549+07[16]


베텔게우스의 표면 활동[17]을 나타낸 이미지.[18]

1. 개요2. 어원3. 특징

3.1. 적색초거성3.2. 초신성 폭발3.3. 거리 및 크기

4. 시기별 진행현황5. 외부 링크6. 관련 문서

[clearfix]

1. 개요

베텔게우스(Betelgeuse[19]) 또는 베텔기우스[20]는 오리온자리의 알파성으로, 2008년 측정 기준 지구에서 640광년 가량 떨어진 적색초거성이다.

오리온자리의 알파성이기는 하나 실제로 오리온자리에서 가장 밝은 별은 리겔이며, 단지 베텔게우스가 변광성이기 때문에 리겔보다 밝아질 때가 있다. 평균 실시등급은 0.42이며, 준규칙 변광성으로 실시등급이 0.2에서 1.2까지 바뀐다.

또한, 밤하늘에서 어두울 때는 11번째, 밝을 때는 7번째로 밝은 별이다. 한때 8번째였다가 2019년 11월부터 급격히 낮아지기 시작하면서 2020년 상반기에는 21번째까지 하락하였다. 원래 밝기 변동이 꽤 있는 별이지만 이때는 유난히 크게 어두워져 학계 일부에서는 폭발 징조가 아니냐는 말까지 나왔다. 후술하겠지만 아쉽게도 폭발의 조짐으로 추정되었던 현상들은 먼지구름 때문인 것으로 밝혀졌고, 먼지구름이 사라진 후에는 제 밝기를 회복하였다. 물론 이는 약 500 광년이라는 거리차를 감안하면 근시일 내 폭발할 가능성이 아예 없다는 소리는 아니다. 만약 베텔게우스가 300년 전인 18세기경에 이미 초신성 폭발을 하였다 해도, 지금 현존하는 사람들이 볼 리는 만무하고 서기 2300년 경이 되어서야 볼 수 있을것으로 예상되었으나 후술한 문단의 내용처럼 최소 10년에서 최대 100년내에 초신성 폭발을 할 것으로 예측되면서 관측에 대한 관심이 올랐다.

2. 어원

파일:external/upload.wikimedia.org/Raffronto_supergiganti.png

베텔게우스, 리겔, 카노푸스의 크기 비교.

베텔게우스라는 이름은 아랍어로 '알자우자의 손'을 뜻하는 يد الجوزاء (Yad al-Jauzā; 야드 알자우자)에서 따왔는데, 아랍 천문서를 라틴어로 번역하는 과정에서 첫 글자 ﻳ(y, 아래쪽 점 두 개)를 ﺑ(b, 점 하나)로 잘못 읽어서 베텔게우스라는 이름이 생기게 되었다.

3. 특징


오리온자리 왼쪽 상단 밝은 주황색의 베텔게우스(좌), 베텔게우스와 태양계의 규모[21] 비교(우).

인류가 태양 외에 처음으로 그 지름을 측정하는 데 성공한 항성이기도 한데, 그 반지름은 대략 3.6 AU로, 태양보다 764배 가량 크다. 베텔게우스를 현재 태양이 있는 위치에 그대로 위치시킨다면, 그 끝이 화성 궤도와 소행성대를 포함하고 목성의 궤도에 이를 정도로 크다. 이렇게 서술하는 이유는 바로 아래에 서술되어 있듯 베텔게우스는 크기와 형태가 들쭉날쭉하기 때문인데 어쨌든 소행성대는 확실히 들어가고도 남는다. 수치가 들쑥날쑥해서 정확하지는 않은데, 그 이유는 베텔게우스가 적색초거성이라 밀도가 낮아 보통 별보다 주연감광 효과가 큰 데다가 밖으로 뿜어낸 가스가 주변을 감싸고 있기 때문이다. 아울러 베텔게우스는 팽창과 수축을 반복하기 때문에 지름이 수시로 변한다. 크기도 매우 크고 거리도 적절히 가까이 있어 태양을 제외한 항성들 중에서 점광원으로 보이지 않고 둥근 형체가 식별되는 것은 베텔게우스가 유일하다.[22] 또한 허블망원경, 칠레의 VLT 등의 관측을 통해 표면에 흑점이 존재하는 것 또한 확인되었다.

처음 태어났을 때는 질량이 태양의 20~25배인 O형 주계열성이었다. 어마어마한 질량방출로 지금은 태양의 11배 정도로 줄어들었을 것으로 추정하지만, 주변에 비교할 만한 항성이나 행성이 발견되지 않았기 때문에 그렇게 정확하지는 않다. 천체의 질량 추정은 근처에 있는 다른 천체와의 비교를 통해서 가능하기 때문이다. 예를 들어 바로 옆에 비슷한 천체가 있거나 일반적인 쌍성은 질량을 구하기가 정말 쉬운데, 공전 주기와 그 항성까지의 거리만 알면 만유인력의 법칙과 케플러의 법칙을 이용해 간단하게 질량을 구할 수 있다.[23]

3.1. 적색초거성

베텔게우스의 나이는 800~1200만 년 내외로 굉장히 짧은데[24] 벌써 오늘내일하는 까닭은 질량이 클수록 항성의 에너지 소모가 빨라 그만큼 수명이 짧아지는 탓이다. 얼핏 생각해 보면 항성의 질량이 크다면 태울 수 있는 연료의 양 또한 많아지니 오히려 수명이 늘어나야 하지 않냐고 생각할 수도 있지만, 연료의 양이 많아지는 것 이상으로 소모량은 훨씬 더 큰 폭으로 늘어난다. 편차가 크긴 하지만 일반적으로 별의 질량이 m배 증가한다고 할 때 별의 광도는 m³배 정도 스케일로 증가하게 된다고 한다.

예를 들어 우리 은하 중심부 궁수자리에 위치한 피스톨 별(Pistol star)이라는 항성의 질량은 태양의 약 27.5배 정도이지만, 내뿜는 에너지는 태양의 330만 배 이상이다. 피스톨 별은 불과 9.5초 만에 태양이 1년간 방출하는 에너지를 내뿜는다.[25] 이와 같은 엄청난 에너지 소비량 때문에 피스톨 별은 100~300만 년 이내에 연료를 다 쓰고 초신성이 될 것이라고 예측된다. 태양의 예측 수명인 100억 년과 비교해 보면 이런 별들은 정말 굵고 짧은 인생을 산다고 할 수 있다.[26]

한편, 천문학에서는 꽤 중요한 자료를 제공해준 고마운 항성이기도 하다. 인류가 알고 있는 적색초거성에 대한 지식은 거의 다 베텔게우스를 관측, 분석해서 얻은 것이기 때문.

2,100년 전에는 황색초거성이었다고 한다.

3.2. 초신성 폭발

현재 베텔게우스는 적색초거성 상태로 질량이 점점 줄어들고 불안정성도 높아져 대략 수십만~수백만 년 내에는 폭발할 것으로 예측된다. 하지만 보유중인 질량과 그걸 잃는 속도를 정확히 알 수 없으므로 폭발 시점을 추정하기는 어렵다. 게다가 지구와 643광년 가량 떨어진 만큼 지금쯤이면 이미 폭발하였으나 아직 그 빛이 닿지 않은 것일 수도 있다.

베텔게우스가 폭발한다면?

베텔게우스가 폭발하면 그 최대 겉보기 등급은 약 -14 ~ -12 가량일 것으로 추정된다.[27] 참고로 보름달의 겉보기 등급이 -12.6 정도이므로 보름달 이상으로 밝게 보이는 셈인데, 보름달에 비해 시지름은 훨씬 작은 천체가 그 정도의 밝기로 빛나는 것이므로 직접 보았을 때의 체감 밝기는 더 밝을 것이다. 낮달을 생각하면 이 정도면 낮에도 충분히 밝게 볼 수 있다.

이후 2, 3개월에 걸쳐 점차 어두워지고 그 폭심지에는 지름 20km 정도의 중성자별이 남아 수천 년 동안 감마선을 방출할 것이다. 폭발의 영향으로 지구가 멸망한다고 걱정할 수도 있겠지만, 다행히 감마선과 자외선이 지구에 유의미한 영향을 끼치기에는 너무 멀어 그럴 일은 없다.[28]

초신성 폭발을 기대하는 사람들도 많은데, 망원경이 발명된 이후 우리 은하 내에서는 게성운과 같은 류의 폭발을 관측한 적이 없었다. 1987년의 초신성 1987A도 가깝기는 하지만 대마젤란 은하였었다.

2020년 초 베텔게우스가 베타성인 리겔(라이젤)보다 훨씬 어두워지자[29] 천문학자들은 2020년 2월 초까지 밝기가 회복되지 않는다면 이번 세기 내에 폭발이 관측될 가능성이 높다고 밝혔다. 이후 연구에 의하면 베텔게우스가 뿜어낸 가스 덩어리가 지구 방향의 시야를 가려 겉보기 밝기가 떨어진 것으로 밝혀졌다. 이로써 베텔게우스의 최후는 후일로 미뤄졌다. 2021년 남은 수명이 10만 년 이상 남았다는 연구가 나왔다.

하지만 2023년에는 최소 10년, 최대 100년 내로 베텔게우스가 초신성 폭발을 일으킬 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔다. 출처 논문 해당 연구에 따르면 베텔게우스의 여러 내부구조 모델에 따른 변광 패턴과 실제 변광 패턴을 비교하였을 때, 각 모델 중 내부에서 탄소 핵융합으로 인해 탄소가 거의 고갈된 모델이 알려진 광도 변화를 가장 잘 설명하는 것으로 확인되었다. 해설 영상 이 연구가 맞을 경우 베텔게우스는 이미 초신성 폭발을 하여 없어졌을 것이다. 물론 철 핵이 생성되어야 항성이 수명을 다하지만, 항성의 핵융합 반응은 다음 단계로 넘어갈수록 급격히 빨라진다. 특히 마지막 반응인 규소 핵융합은 지속기간이 수 일에 불과하다. 그러나 현재 베텔게우스와 태양계 간 거리값의 측정 오차가 크기 때문에 거리에 의한 예측의 불확실성은 남아 있다.

3.3. 거리 및 크기

베텔게우스는 우리 은하 내에 있는 상당히 가까운 별이며, 2008년에 VLA 전파망원경을 통해 측정한 연주시차에 따르면 대략 643광년 정도로 추정되지만, 그 오차가 ±146광년일 정도로 오차 범위가 크다. 즉, 497 ~ 789 광년 범위에 있을 확률이 68%다.[30] 이렇게 거리 측정의 오차 범위가 큰 건 아이러니하게 '너무 크고 밝은 별'이기 때문이다. 이 정도 거리에 있는 별의 거리를 재기 위해 연주시차를 측정할 때는 가이아 우주 망원경과 같은 인공위성을 이용해야 충분히 정확도가 높은 연주시차 값을 얻을 수 있는데, 맨눈으로 태양을 보기 어렵듯이, 이런 형태의 인공위성은 일반적으로 멀고, 어두운 별을 보는데 특화되어 있지, 오히려 지나치게 밝은 별은 관측이 어렵다.[31] 또한, 이 별이 밝기가 계속 변하는 ' 변광성'이라는 점도 문제가 된다. 일정하게 변하는 것도 아닌 상당히 불규칙하게 변화하기에 거리 측정을 어렵게 만든다.

2019년 관측에서는 약 550 광년으로 추정된다는 논문도 발표되기도 하였다. # 좀더 정확한 표현으로는 548 (오차 범위는 +90 ~ -49) 광년이다.

그리고, 지름이 태양의 1000배 [32] 정도로 추정될 만큼 어마어마하게 큰 별이다. 최근 측정 결과는 764 ~ 1021배로 추정한다. 그 모양도 구형이라기 보다는 불규칙형에 가까운데, 이는 워낙에 큰 별이다 보니, 별의 중심의 발생하는 핵융합의 폭발력이 별의 표면까지 가는데 상당한 시간이 소모되기 때문이다. 게다가 본래 쌍성이 있었으나 베텔게우스가 노화되어 크기가 커지면서 그것을 잡아먹어 그렇다는 것도 연구에서 밝혀졌다. 그리고, 별의 밝기가 바뀌는 것과 마찬가지로 크기 또한 계속 변하는데, 그 차이가 태양 지름의 수백 배에 달한다.

4. 시기별 진행현황

2020년 2월 중반에 최대로 어두운 밝기를 유지하더니, 2월 22일 이후로는 조금씩 밝기가 회복되기 시작하였다. 또한 베텔게우스를 자세히 관찰한 결과, 초신성 폭발의 조짐 등이 거의 보이지 않는다는 것을 확인하였다.

2020년 6월경 정상 수준의 밝기를 회복했다. 밝기가 어두워진 이유는 거대한 흑점 [33] 때문이라는 연구결과나 별 자체 내부의 이유로 베텔게우스의 밝기가 어두워졌다는 연구결과가 나오기도 했으나 관측시점에서는 베텔게우스 앞을 지나가는 거대한 먼지 구름에 의해 별이 가려졌기 때문이라는 주장이 유력했다. 이후 나온 연구에서, 베텔게우스의 밝기가 줄어든 것은 베텔게우스가 내뿜는 가스 구름 때문인 것으로 밝혀졌다. 2021년 6월 17일 네이처 지의 유럽남방천문대(ESO) 발표에 따르면 베텔게우스의 광량은 베텔게우스 스스로가 내뿜은 가스 구름으로 인해 줄어든 것으로 보인다. 각종 중원소들이 포함된 가스가 방출될 때 베텔게우스의 온도가 낮아져서 이 가스들이 응고되어 고체 구름이 형성된 채 베텔게우스 주변을 떠돌며 베텔게우스를 가리고 있었기 때문이다. 베텔게우스의 수명이 다하여 어두워진 것은 확실히 아니다.

2023년 4월 초 또 밝기가 평소보다 140% 이상 높아졌고, 같은 달 말 들어서 160%로 높아졌다. 자꾸 어두워졌다가 밝아졌다가 하는 이유는 베텔게우스가 맥동 변광성이라서 그렇다. 원래 수소 핵융합이 끝나고 헬륨 핵융합이 진행되기 시작하면 그 반응이 매우 폭발적으로 진행된다. 수소 핵융합은 안정적인데 헬륨, 탄소, 산소 핵융합은 거의 뭐가 터지듯이 격렬하게 진행되므로 밝기변화 폭이 큰 것이 당연하다.

5. 외부 링크

Betelbot: 트위터에 베텔게우스의 밝기가 유의미하게 변할 때마다 보고하는 트위터 봇.

6. 관련 문서

[1] # [2] # [3] # [4] # [5] # [6] # [7] # [8] # [9] # [10] # [11] # [12] # [13] # [14] # [15] # [16] # [17] 대부분의 적색초거성이 그렇듯 대류환(쌀알무늬)의 크기가 대략 지름 1억 8000만 km 정도로 매우 크다. 참고로 지구-태양 간 거리가 대략 1억 5000만km 정도 된다. 대류환 하나만으로도 지구-태양 거리를 통째로 덮고도 남을 만하니 실제 별의 크기는 어마어마한 셈. [18] 위 사진을 자세히 보면 울퉁불퉁한 모습이 보인다. [19] 영어 IPA 발음은 /ˈbiːtəldʒuːz/, /ˈbɛtəldʒuːz/, 또는 /ˈbiːtəldʒuːs/ 로 쓰며 '비털주즈' 정도 되는데, 이를 이용한 언어유희인 ' 비틀쥬스(Beetle juice; 딱정벌레 주스)'가 있다. [20] 한국 천문학 초창기 일본으로부터 들어온 용어 중역의 흔적이다. 일본어로는 '베테루기우스(ベテルギウス)'라 쓰기 때문. [21] 화성 궤도를 넘어 목성 근처까지 간다. 오해하지 말아야 할 것은 ' 태양계 자체의 규모(태양과 행성들의 거리)'와 비교하기 위한 이미지이기 때문에 행성의 크기는 키웠다는 점이다. 태양과 지구 사이의 거리만 해도 태양의 반지름보다 200배 이상 크기 때문에, 태양과 행성들을 그림의 스케일에 맞춰 그리면 눈에도 보이지 않는 점이 되고 만다. 때문에 시인성을 위해 태양계 천체들의 크기를 키운 것. [22] 태양 이외의 별의 광구를 포착한 최초의 사례이다. [23] 명왕성도 처음에 발견될 당시에는 질량을 알 수 없는 상태였다가 위성인 카론이 발견되고 나서야 질량을 구할 수 있었는데, 계산한 질량이 예상보다 너무 작아서 이때부터 '행성 자격이 없는 것 아닌가?'하는 말이 슬금슬금 나오기 시작했다. [24] 당장 상단 그림의 옆에 있는 쬐끄만 태양의 나이가 46억 년으로 무려 베텔게우스의 630배나 더 오래 살았다. 그러고도 남은 수명이 살아온 세월보다 더 길다. 태양과 비슷한 시기에 형성된 행성인 지구와 비교해 보면, 베텔게우스가 형성될 때 지구의 지질시대는 고작 신생대 신진기였다. [25] 하지만 이렇게 밝게 빛남에도 불구하고 사람들은 피스톨 별을 맨눈으로는 볼 수 없다. 성간먼지가 빛을 가리기 때문. 만약 성간먼지가 빛을 가리지 않아 이 별을 가시광선 영역에서 볼 수 있다면 4등급의 별로 보일 것이다. 다르게 생각하면 지구에서 자그마치 2만 5천 광년이나 떨어진 일개 별인데도 성간먼지의 방해만 없다면 맨눈으로 볼 수 있는 수준인 것이니 얼마나 넘사벽으로 밝은 별인지 알 수 있다. 단적으로 태양의 경우 불과 10파섹(32.6광년)만큼만 떨어져도 이것보다 어둡게 보인다. [26] 남 이야기하듯 하지만 태양계 행성들 역시 거대 초신성 폭발 후 그 잔재로부터 형성되었기에 이로써 새 행성들이 형성될 여지도 충분하다. [27] 약 6,500 광년 떨어진 게 성운을 형성한 초신성 폭발(SN 1054)의 최대 겉보기 등급이 -7 정도였는데, 베텔게우스는 그 거리의 1/10도 되지 않으므로 폭발의 절대 등급이 같다는 전제 하에 100배(= 5등급) 이상 밝게 빛나게 된다. 하물며 SN 1054를 일으킨 항성은 초신성 폭발이 가능한 질량의 하한선에 가까울 정도로 초거성 치고는 작은 별이었을 것으로 추정되므로, 그보다 큰 베텔게우스의 폭발은 SN 1054보다 절대 등급도 더 밝을 가능성이 높다. [28] 제트의 방출 역시 자전축 방향이 맞지 않아 고려할 필요 없다. [29] 육안으로 볼 때 오리온자리 감마와 비슷한 수준의 밝기로 보일 정도로 광도가 감소했기 때문에 육안으로도 광도 변화를 충분히 감지할 수 있었다. [30] 자연과학에서 측정의 오차범위는 보통 1σ 신뢰구간(68% 신뢰구간)으로 제시한다. [31] 천문관측 이미지를 얻는 데 쓰이는 이미지 센서는 각 화소가 감지할 수 있는 최댓값이 존재하고, 이 값을 넘어설 정도로 많은 복사 에너지가 픽셀에 입사하면 무조건 각 픽셀이 감지할 수 있는 최댓값으로 정보가 기록되기 때문에 지나치게 밝은 천체는 사진촬영을 해도 유의미한 데이터를 얻을 수 없다. 이런 경우 광도를 측정할 수 없으며(측광이 불가능하며), 위치의 불확실성도 커진다. 대신 분광관측은 분광 과정에서 빛이 넓게 퍼지고 손실되기 때문에 이게 별로 문제가 안 되고, 오히려 짧은 노출로도 고품질의 분광 데이터를 얻을 수 있어 분광 데이터를 얻을 때는 이 같은 밝은 천체가 상당히 이상적인 관측 대상이다. [32] 면적은 100만배, 부피로 따지면 태양의 10억배이다. [33] 베텔게우스 같은 적색초거성은 태양에 비해 흑점이 매우 거대하다.