7. WEBDA를 이용한 성단 H-R도 비교하기

성단은 하나의 성간분자구름에서 짧은 시간 내에 중력수축을 통해 태어난 별들의 집단이다. 형태에 따라 산개성단(Open Cluster)과 구상성단(Globular Cluster)로 구별되는데, 산개성단은 별들이 듬성듬성 흩어져 열려있는(open) 형태를 보이며 수십-수백 개의 별들로 구성된 반면, 구상성단은 수천 개 이상의 별들이 공처럼 빽빽하게 뭉쳐진 모습이다. 성단에 속해있는 별들은 대부분 동시에 태어났다고 생각되기 때문에 나이가 같고, 관측자로부터 같은 거리에 위치하고, 화학적 특성(금속함량)도 거의 같다. 따라서 성단을 이용하면 질량이 다른 별의 나이에 따른 진화 모형을 검증할 수 있다. 성단의 색-등급도에서 구별되는 주계열(main sequence) 이용하면 성단까지의 거리를 추정할 수 있어서, 우주의 구조를 연구하기 위한 거리 측정 수단에서 아래 발판을 마련할 수 있다.

우리은하에는 약 2000개에 달하는 산개성단이 알려져 있으며, 대부분은 은하평면을 따라 분포한다. 따라서 관측되는 산개성단은 은하수의 띠에서 멀지 않은 위치에 있고, 성간먼지에 의한 소광과 적색화가 일어나는 환경이기도 하다. 각크기가 크거나, 밝거나 등의 이유로 많은 산개성단들이 과거로부터 알려져 왔고, 이들에게는 별도의 이름이 붙어있는 경우가 있다. 이를 테면 황소자리에 위치한 플레이아데스(Pleiades) 성단은 고대 그리스 신화의 플레이아데스 자매의 이름을 따서 붙여진 성단으로, 우리나라에서는 좀생이별, 일본에서는 수바루라는 이름으로 불려왔던, 겨울철 밤하늘에서 쉽게 발견할 수 있는 밝고 큰 산개성단이다.

1700년대 후반부터 구경이 큰 망원경을 이용한 성단, 성운 탐사가 활발해지면서 낱별이 아닌 천체들이 목록으로 정리되기 시작했다. 현재 대부분의 성단은 목록명과 해당 목록에서의 번호를 사용하여 명명한다. 【그림 1】에 나타난 플레이아데스 성단은 메시에 목록에서는 45번째 대상으로 M45, 멜로테 목록에서는 22번째 대상으로 Mel22이라고 불린다.

우리은하의 산개성단을 정리한 목록과 함께, 우리은하의 위성은하인 대마젤란은하, 소마젤란은하에서도 산개성단, 성단보다는 적은 개수의 별이 느슨하게 그룹화되어 있는 성협이 2000여 개 이상 목록화되어 있다. 이들 성단 목록은 성단 하나하나의 특징을 연구하여 별의 진화 모형 보완에 사용될 뿐만 아니라, 우리은하와 국부은하군의 진화를 설명하는 데에 큰 도움이 된다. 

이번 탐구활동에서는 산개성단의 기본적인 정보와 측광 자료(여러 필터에서의 등급 측정값)를 제공하는 WEBDA 데이터베이스를 활용하여 서로 다른 산개성단의 색-등급도를 그리고, 색-등급도에서의 특징을 비교해 보자.

WEBDA란?  https://webda.physics.muni.cz/

WEBDA는 스위스 천체물리학 연구소의 Jean-Claude Mermilliod가 개발하고 체코 마사리크 대학의 E. Paunzen, G. Szasz, J. Janik 등이 개발, 유지, 보수를 담당하고 있는 웹 기반 산개성단 데이터베이스이다. 주로 기존에 발표된 우리은하 및 소마젤란은하 산개성단의 관측정보에 대한 편집 논문을 종합하여 자료를 추출하여 제공하고 있다. 2000년대 초반 처음 공개되고 많은 연구자와 아마추어 관측자, 학생들이 이 데이터베이스를 활용하였다. 2013년 이후 더 이상의 업데이트가 이루어지고 있지 않으며, 지금은 WEBDA 외에도 천문학 자료 데이터베이스가 많이 늘어났지만, 여전히 산개성단이라는 하나의 집단에 대한 자료를 체계적으로 획득하기 위한 첫 단계를 제공하기 때문에 WEBDA의 유용성은 부정할 수 없다. 다음은 WEBDA가 제공하는(혹은 이를 이용해 수행할 수 있는) 작업의 예시이다. 

• 이름을 알고 있는 성단의 거리, (성간물질에 의한) 적색화 정도를 찾아내기

• 어떤 성단의 나이, 금속함량, 고유운동, 평균시선속도를 알아내기

• 정해진 성단을 관측하기 위한 파인딩차트* 제작

                   *파인딩차트란? 관측하고자 하는 천체를 찾아가기 위해 관측기기의 시야보다 더 넓은 범위에서 밝은 별, 목표 대상들의 위치를 표시한 사진 혹은 자료

• 성단에 속한 별(구성원 별)과 그렇지 않은 별(배경별)을 구별할 수 있는 자료 찾기

• 관측자(태양)로부터 특정한 거리 범위 내에 위치한 성단을 모두 찾아내기

• 원하는 필터 조합을 이용하여 특정 성단의 색-등급도 작성

• 관측된 성단의 색-등급도와 이론적인 등연령선의 비교 

WEBDA를 이용하여 연구를 수행하고 개인 작업물을 제작할 때에는 다음과 같은 감사의 글을 덧붙일 것이 권장된다. 

“이 연구는 마사리크 대학교의 이론 물리 및 천체물리학과에서 운영하는 WEBDA 데이터베이스를 이용하여 이루어졌습니다. This research has made use of the WEBDA database, operated at the Department of Theoretical Physics and Astrophysics of the Masaryk University.”

천문 교육 활동 교재   [ 박찬경, 손정주, 송인옥, 심현진 공저 ]