[아하! 우주] 태양보다 100만 배 밝은 초신성

30년 전 발견된 놀라운 초신성 하나가 허블 망원경을 포함한 손꼽히는 망원경들을 사로잡았다. 찬드라 X선 우주망원경과 칠레 아타카마 사막의 알마 전파망원경(ALMA·Atacama Large Millimetre/submillimetre Array)도 문제의 초신성을 끈질기게 관측했다.

SN 1987A로 불리는 이 초신성은 대마젤란은하 부근에 위치하는데, 이는 “수백 년래 발견된 초신성 중 가장 가까운 거리에 있는 것”이라고 미국항공우주국(NASA) 측은 밝혔다.

‘타이태닉’이란 별명을 가진 이 초신성은 1987년 2월 23일에 발견된 것으로, 태양 밝기의 100만 배나 되는데, 이는 400년래 발견된 초신성 중 가장 밝은 것이다.

초신성이란 거대 질량의 별이 항성 진화의 마지막 단계에서 대폭발로 생을 마치는 것으로, 새로운 별이 탄생한 것이 아니라, 늙은 별의 죽음이다. 초신성이란 별이 없던 곳에서 엄청 밝은 별이 나타난 것처럼 보여 붙여진 이름일 뿐이다.

미국 하버드 스미스소니언 천체물리학센터의 로버트 커시너 연구원은 “SN 1987A는 30년 동안 관측할 만한 가치가 있는 천체인데, 별의 진화에서 최종 단계를 보여주는 귀중한 사례이기 때문”이라고 밝혔다.

천문학자들은 관측 데이터를 분석한 끝에 이 초신성의 충격파가 별이 폭발하기 전 방출한 가스 고리 너머로 진출하는 중요한 단계를 막 넘어섰다는 결론을 내렸다. 이 같은 현상은 별에서 방출된 고속의 항성풍이 그전 적색거성 단계에서 나온 느린 항성풍과 충돌할 때 발생하는 것이다. 그러나 가스 고리 바깥으로 무엇이 있는지에 대해서는 아직 알려진 바가 없다.

미국 펜실베이니아주립대의 카리 프랭크 박사는 “이 변화에 관한 자세한 과정은 종말에 이른 별이 어떻게 별의 생애를 끝내게 되는가에 대해 많은 것들을 알려주리라 기대된다”고 설명했다. 그는 찬드라 망원경으로 진행된 SN 1987A 연구를 이끈 대표 저자다.

이 같은 초신성 폭발은 다른 별과 행성의 생성으로 이어질 수 있는데, 별이 폭발하기 전 중심부의 핵융합으로 생명 기본 구성물질인 탄소, 산소, 질소, 철 같은 원소들을 벼려서 켜켜이 내부에 쌓아둔 것을 폭발과 함께 우주 공간으로 흩뿌린다. 이러한 잔해들이 다른 별과 지구 같은 행성들을 만드는 재료로 사용되며, 여기에서 생명이 싹튼 것이다.



초신성에 관한 연구는 이러한 별과 생명의 진화과정을 이해하는 실마리를 얻을 수 있다고 연구자들은 믿고 있다. 허블 망원경은 여러 해에 걸친 관측으로 1987A 초신성의 가스 고리가 가시광선을 방출하면서 빛나며, 그 지름이 무려 1광년이나 된다는 사실을 알아냈다.

이 가스 고리는 적어도 별이 폭발하기 이전부터 약 2만 년 동안 존재해온 것으로, 폭발에서 나온 자외선으로 몇십 년간 에너지를 공급받아 빛나기 시작한 것이다.

현재 가스 고리 속의 중심 구조는 지름이 반 광년 정도로 팽창되었으며, 중앙에 보이는 두 잔해 덩어리는 시간당 3000만 km의 속도로 서로 멀어져가고 있다.

1999~2013년의 찬드라 데이터는 X선을 방출하면서 확장하는 가스 고리가 더욱 밝아지고 있음을 보여준다. 이는 최초의 폭발에서 나온 충격파가 고리에 에너지를 공급했기 때문이다.

그러나 지난 몇 년간 관측에서 이 가스 고리는 더는 밝아지지 않고 있는데, 고리의 저에너지 X선 에너지 총량은 유지되고 있는 것으로 알려졌다.



위 사진의 좌측 하단에 있는 고리는 흐릿해지기 시작하고 있다. 천문학자들은 폭발의 충격파가 가스 고리의 얇은 부분을 지우고 있기 때문으로 보고 있는데, 이 같은 과정이 계속 진행되면 이윽고 고리의 시대는 마감된다.

2012년부터 시작된 ALMA의 관측 데이터는 초신성 잔해가 선대의 별이 남긴 물질로 새로운 우주먼지를 만들고 있을 보여준다. 이 발견은 초기 우주에서 이와 비슷한 경로로 우주먼지가 생성되었음을 시사하는 것이다. 연구진은 이 초신성 폭발에서 중성미자를 발견하고, 중성자별이나 블랙홀이 혹시 없을까 싶어 고리 중심부를 뒤지고 있는 중이다.



이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com