“1티스푼=10억톤” 초고밀도 중성자별 ‘마그네타’, 형성 비밀 풀렸다

불과 한 찻숟가락의 양이 약 10억톤의 질량을 갖는 초고밀도 천체 ‘마그네타’의 비밀을 풀게 된 것으로 보인다고 천문학자들이 14일 발표했다.

마그네타는 자기장이 우리 지구보다 수백만 배나 큰 별로, 그 외층에서 성진(별의 지진)이라는 갑작스러운 변화가 일어날 때 대량의 감마선을 방출한다. 하지만 이런 특징이 어떤 과정을 통해 일어나는지 명확하게 밝혀지지 않고 있다.

또한 마그네타는 중성자별의 일종으로 간주된다. 이런 중성자별은 질량이 큰 별이 자신의 중력에 의해 붕괴해 초신성 폭발을 일으킨 뒤 일반적으로 블랙홀이 되지만 이처럼 마그네타가 될 수 있다.

우리 은하에는 지금까지 24개의 마그네타가 확인됐다. 그중에서도 종종 연구 대상이 되는 별은 제단자리(Ara)의 ‘웨스터룬드 1’ 성단 안에 있는 한 마그네타(CXOU JI64710.2)다. 이는 지구에서 약 1만 6000광년 거리에 떨어져 있다.

이전 연구에서는 이 마그네타가 태양 질량의 40배인 한 거대한 별이 초신성 폭발을 일으켜 탄생한 것이라고 결론지었다. 하지만 이번 연구로 그에 대한 보다 자세하고 새로운 비밀이 밝혀졌다.

이번 연구를 이끈 유럽남방천문대(ESO)의 사이먼 클라크 박사는 “질량이 큰 별이 (블랙홀이 아니라) 어떻게 마그네타가 되는지 알지 못했었다”고 말했다.

이들 천문학자는 칠레 아타카마사막에 있는 유럽남방천문대의 초거대망원경(VLT)을 사용해 해당 마그네타가 속한 성단의 ‘웨스터룬드 1-5’라는 한 거대한 별에서 단서를 발견했다.

이 별(웨스터룬드 1-5)은 초신성 폭발 힘의 영향으로 이 성단에서 밖으로 초고속으로 이동하고 있다고 한다.

연구팀은 이 별의 고도와 속도를 통해 이 천체가 해당 마그네타(CXOU J164710.2)의 형성에 어떤 역할을 했다는 증거를 제공한다고 설명했다.

연구팀의 시뮬레이션으로는 ‘웨스터룬드 1-5’는 한때 마그네타와 쌍성을 이룬 조금 작은 별이었다.

당시 쌍성 중 더 큰 주성은 에너지 부족을 일으키기 시작해 그 외층이 오늘날의 작은 마그네타로 변하기 시작했고, 그와 동시에 더 작은 동반성은 급격하게 회전하기 시작하면서 강력한 자기장을 형성하게 됐다.

그런 변화는 동반성의 크기를 너무 커지게 했고 이때 새로 얻은 질량 대부분을 다시 방출하게 했다.

이때 방출된 질량은 중력의 작용으로 대부분 주성으로 흡수돼 오늘날의 웨스터룬드 1-5가 됐다.

따라서 주성은 폭발로 마그네타와 같은 중성자별이 됐고 웨스터룬드 1-5는 성단 밖으로 빠르게 밀려나게 됐다는 것이다.

클라크 교수는 “이런 물질 교환의 과정을 통해 독특한 화학적 특성이 부여돼 블랙홀 대신 마그네타가 형성될 정도로 별의 질량은 감소했다”고 설명했다.

이런 설명은 은하의 모든 마그네타에 적용될 수 있다고 유럽남방천문대 측은 말한다.

연구팀은 “이런 과정이 마그네타 형성에 필수적인 요소일지도 모른다”면서 “초강력 자기장 형성에는 두 별간 큰 질량의 이동으로 발생하는 빠른 회전이 필요한 것으로 보이며 그다음으로 큰 질량의 이동에 따라 마그네타 후보였던 별은 죽음 직전에 블랙홀이 되지 않을 수준으로 가벼워졌을 것”이라고 결론지었다.

한편 이번 연구내용은 학술지 ‘천문학과 천체물리학’(Astronomy & Astrophysics)을 통해 실릴 예정이다.

사진=AFPBBNEWS/NEWS1

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr