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▲ 지구에서 가장 가까운 백색왜성 시리우스 B. 허블 우주 망원경으로 찍었다. (사진=NASA)
태양 같은 주계열성은 마지막 순간에 가스를 잃고 남은 부분은 뭉쳐서 백색왜성이 된다. 백색왜성은 남은 물질이 중력으로 압축되기 때문에 태양질량을 지닌 백색왜성도 지구보다 약간 큰 정도에 지나지 않을 정도로 작다. 오랫동안 그 존재가 알려지지 않은 이유다. 과학자들은 중력을 행사하는 보이지 않는 어두운 동반성을 찾다가 시리우스 B 같은 백색왜성을 찾아냈다.
백색왜성은 핵융합 반응의 부산물인 산소와 탄소가 뭉쳐서 구성되며 본래 별을 이루던 가스인 헬륨과 소수로 된 대기를 가지고 있다. 비록 핵융합 반응은 일어나지 못하지만, 워낙 뜨거운 물질이 압축되어 있어 표면 온도는 섭씨 수만 도에 이른다. 보통은 이런 고온 환경에서 가스가 탈출하지만, 백색왜성의 표면 중력은 워낙 강해서 물질을 붙잡아 둘 수 있다.
과학자들은 태양 같은 별의 미래를 알아내기 위해 백색왜성에 대한 많은 연구를 진행했지만, 워낙 작은 크기와 별보다 어두운 밝기 때문에 상세한 것을 알아내는 데 어려움이 있었다.
최근 노스캐롤라이나대학의 연구팀은 미항공우주국(NASA)의 케플러 우주 망원경 데이터를 이용해서 PG 0112+104이라는 백색왜성의 대기 구성과 밝기 변화를 연구했다.
이 백색왜성은 태양 질량의 0.5배 정도이며 표면 온도는 3만도 이상이다. 헬륨이 풍부한 대기를 지닌 백색왜성으로 특이한 점은 미세한 밝기 변화가 주기적으로 일어난다는 것이다. 이는 케플러 관측 이전의 지상 관측에서는 발견되지 않았던 사실이다.
연구팀은 표면의 자기장에 의해 밝기가 균일하지 않으면서 백색왜성이 빠르게 자전하는 것이 이와 같은 밝기 변화의 원인이라고 보고 있다. 그 주기는 10.17시간이다.
각운동량 보존 법칙에 의해서 별이 본래 크기보다 축소되면 자전 주기가 짧아진다. 이는 피겨 선수가 회전하면서 손을 모으는 동작에 비교할 수 있다. 따라서 백색왜성은 항성보다 자전 주기가 짧으며 중성자별처럼 극단적으로 압축된 경우에는 1초 이하로 줄어들기도 한다.
이번 연구 결과는 백색왜성의 자전 주기가 예상대로 상당히 짧다는 것을 보여주고 있다. 다만 정확한 자전 속도 측정을 위해서 표면 구조에 대한 더 상세한 정보가 필요하다.
백색왜성은 우리와는 관계없는 별세계로 느껴진다. 하지만 먼 미래 태양이 겪게 될 운명이기도 하다. 만약 우리 지구가 마지막 순간에 살아남는다면 영겁의 세월 동안 한때 태양이었던 백색왜성 주변을 공전하면서 지내게 될 것이다.
고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
