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NEOWISE Young Stellar Object variability analyses

🔭 💫 우주망원경 WISE를 이용한 원시성 적외선 밝기 데이터 분석 프로젝트입니다.

연구 결과는 논문으로 Astrophysical Journal에 기고하였습니다. 링크

연구 관련 데이터 분석은 python3로 진행되었으며, 분석 과정 전반을 아래에서 확인하실 수 있습니다.

1. analysis_notebooks/WISE-YSO-analysis-1.ipynb
   관측 데이터의 수집 및 가공
2. analysis_notebooks/WISE-YSO-analysis-2.ipynb
   밝기 변화 관련 특성 정의 및 이를 활용한 밝기 변화 형태 분류
3. analysis_notebooks/WISE-YSO-analysis-3.ipynb
   분류한 통계적 데이터를 바탕으로 원시성의 진화 단계에 따른 밝기변화 추세 변화 설명

Introduction - 연구 소개

약 50억년으로 추정되는 태양의 나이에 비해 원시성 (Young Stellar Objects, YSOs)은 태어난지 1000만년이 되지 않는 아주 어린 별이며, 아기가 쑥쑥 자라듯이 격렬한 질량 축적이 이루어지고 이 과정에서 밝기가 빠르고 불규칙하게 변하는 특징을 가지고 있습니다.

이러한 원시성의 밝기 변화를 통해 원시 항성계 혹은 태양계의 초기 생성 원리를 밝혀 내려는 연구가 비교적 최근부터 활발히 연구되어지고 있습니다. 본 연구에서는 알려진 5400개의 원시성의 밝기 변화를 적외선 우주망원경인 WISE의 NEOWISE 프로젝트 관측 시계열 데이터로 수집하였습니다.

수집한 시계열 데이터는 outlier 제거 등 분석에 용이한 형태로 정제하였고 이로부터 밝기의 변화량, 표준편차, 주기 등 각각 별에 대한 feature를 계산하였습니다.

그 후, 계산된 feature들을 이용하여 별의 밝기변화 형태를 Linear, Curved, Periodic, Burst, Drop, Irregular (선형, 곡선형, 주기형, 폭발 - 순간적인 밝기 증가, 깜빡임 - 순간적인 밝기 감소, 불규칙) 의 6가지 형태로 분류하는 데 성공하였습니다.
아래 그림은 Linear 증가, Linear 감소, Curved, Periodic 변화의 예를 보여줍니다.

각각의 원시성의 진화 단계는 선행 연구들로 인해 알려진 상태이기 때문에, 밝기 변화 분류 결과와 진화 단계를 비교하면 진화 단계별 밝기 변화의 특징을 파악할 수 있습니다.
아래는 가장 초기 단계부터 Class 0/I - Class II - Class III 으로 나누어진 원시성 진화 단계별 변화 형태의 분포표입니다. 괄호 () 는 전체 샘플 대비 % 인데, Class 0/I 단계에서 밝기 변화율이 54.8%로 가장 큰 것을 알 수 있습니다.

아래 그림은 별 개개의 밝기의 분산 (클수록 밝기 변화의 정도가 크며 무질서함) 이 x축, 최대 밝기변화 폭이 y축인 그래프입니다. 가장 초기 단계인 P (Class 0/I, 빨간색) 가 가장 변화의 정도가 크고, 이후 진화 단계로 접어들수록 밝기 변화의 정도가 줄어드는 경향을 확인할 수 있습니다.

결론적으로, 본 연구를 통해 원시성 각각의 알려진 진화 단계와 새롭게 분류된 밝기 변화 형태를 비교 분석한 결과 더 초기 단계의 원시성일 수록 크고 선형적인 밝기 변화를 보이는 것이 밝혀졌습니다.