[아하! 우주] 태양 1억배 폭발…최후 맞은 ‘거대 별의 일생’

3000만 년 전쯤, 태양 1억 개 정도가 동시 폭발한 것과 맞먹는 초신성 폭발을 일으킨 한 거대 별의 흔적을 천문학자들이 발견했다.

태양보다 크기가 200배 더 컸던 이 초신성이 폭발을 일으켰을 때 그 잔해는 시속 3600만㎞의 속도로 우주 전역에 퍼져나갔다고 한다.

미국 서던메소디스트 대학이 이끈 국제 연구팀은 지난 2013년부터 밤하늘에서 관측돼온 초신성 2013ej(SN 2013ej)의 폭발을 분석하면 우리에게 우주의 별이 어떻게 생을 마감하게 되는지 단서를 더 가르쳐줄 것으로 생각한다.



연구팀은 물고기자리 방향에 있는 나선은하 M74에서 폭발로 생을 마감한 이 초신성 잔해를 분석했다.

이 초신성이 폭발했을 때 발생한 빛은 지구에 도달할 때까지 3000만 년이 걸렸다. 그만큼 멀고도 아득한 곳에 존재했던 것이다.

이번 연구를 이끈 천문학자 고빈다 둥가나 연구원은 “우리는 초기 데이터로 초신성에 관한 많은 특징을 얻을 수 있었다”면서 “이 초신성은 엄청난 연료를 태워버린 매우 거대한 별이었다”고 설명했다.

연구팀은 수많은 망원경의 관측 데이터를 사용해 우주 모서리에서 450일 동안에 걸쳐 발생한 초신성 폭발을 연구했다.

이들은 관측 데이터를 분석해 초신성 폭발의 온도와 질량, 반지름은 물론 구성 성분과 잔해 확산 등 특징이 어떻게 변했는지 계산했다.

이 측정으로 연구팀은 초신성 폭발을 일으키기 전 원래 별은 태양 질량의 15배 정도 되는 작은 별에서 시작된 것을 알 수 있었다.

이 별은 초기 폭발에서 10일 만에 섭씨 1만2200도까지 타올랐고 50일 뒤에는 섭씨 4220도로 빠르게 식어갔다. 반면 우리 태양은 현재 섭씨 5480도 정도로 불타고 있다.

심지어 연구팀은 이 별이 폭발하기 전에 그 주위에 많은 행성을 거느리고 있었다고 예측했다.

이 연구를 총괄한 로버트 케호 교수는 “만일 당신이 근처에 있었다면, 당신은 별 표면에서는 핵이 가열돼 붕괴하는 것을 볼 수 없으므로, 사전에 초신성 폭발이 일어날지 알지 못했을 것”이라면서 “이후 별은 갑자기 폭발을 일으켰고 당신은 사라졌을 것”이라고 설명했다.

천문학자들은 이번 초신성 잔해를 연구함으로써 폭발 이후 무엇이 발생하는지 밝히길 원한다.

이 별의 밀도가 더 컸으면 초고밀도 중성자별이 될 수 있었겠지만, 그보다 더 컸다면 아마 블랙홀이 만들어질 때까지 폭발을 일으켰을 것이라고 연구팀은 생각한다.

케호 교수는 “초신성 핵이 붕괴하고 그 폭발로 인해 어떤 결과가 나오는지 아는 것은 특히 까다롭다”면서 “이번 초신성을 구성하는 성분은 천문학자들이 다양한 모델 비교를 통해 별의 죽음을 더 잘 이해할 수 있으므로 매우 흥미로운 것”이라고 말했다.

또 “우리는 일부 데이터를 사용해 이 천체와의 거리를 계산할 수 있다”면서 “이는 새로운 유형의 천체로서 우리에게 더 큰 우주와 언젠가 암흑 에너지를 연구하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.

천문학자들은 별들의 스펙트럼(분광) 방출을 연구함으로써 서로 다른 스펙트럼을 측정하는 표를 통해 별의 구성 성분이 무엇인지 알아낼 수 있다.

연구팀은 이 데이터를 사용해 별의 구성과 초신성 폭발 전후 상태에 관한 증거를 얻을 수 있다. 이를 통해 우리는 태양계가 만들어진 방법에 관한 더 많은 단서도 얻을 수 있다.

케호 교수는 “별의 탄생부터 죽음까지 모든 기록을 갖고 있다”면서 “이들은 우리를 구성하는 원소를 만들 뿐만 아니라 그 폭발에서 나온 충격파를 통해 우리 태양계가 어떻게 만들어졌는지 아는 데 도움을 줄 수 있다”고 설명했다.

또 “별의 붕괴와 항성계 형성의 원인이 되는 초신성 잔해는 성간 공간에서 물질로 이뤄진 분자 구름에 충돌한다”면서 “초신성과 그 모성에서 만들어진 무거운 원소는 대부분 지구형 행성과 생명체에 필요한 구성 요소가 된다”고 말했다.

한편 이번 연구성과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다.

사진=NASA

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr