[아하! 우주] 금 만드는 ‘쌍성 중성자별’ 최초 포착

천문학자들이 중성자별과 한 계를 이루는 쌍성계를 사상 처음으로 포착했다.

11일(현지시간) 미국 캘리포니아공과대학(캘텍)에 따르면, 지구에서 약 9억2000만 광년 떨어진 한 나선은하의 변두리에서 발생한 특이한 초신성 폭발에 관한 관측 연구에서 이같은 발견이 이뤄졌다.

지난 2014년 10월 미국 팔로마산천문대의 관측장비 ‘iPTF’(intermediate Palomar Transient Factory)에 처음 관측돼 ‘iPTF 14gqr’로 명명된 이 초신성 폭발은 일반적인 초신성 폭발보다 짧은 기간에 희미한 빛을 내뿜었다.

캘텍이 주도한 연구팀은 단기간에 희미하게 사라진 이 초신성 폭발 속에서 한 거대한 별의 특이한 죽음을 목격했다. 이는 죽어가던 별과 매우 가까운 거리에 짝별의 존재를 시사한다.

짝별이 죽어가던 별에서 방출되는 질량을 오랜 기간에 걸쳐 흡수했기에 막상 초신성 폭발이 일어났을 때 방출된 에너지가 적어 이런 현상이 일어났을 수 있다는 것.

초신성 폭발은 우리 태양보다 질량이 8배 이상 큰 거대한 별이 중심핵의 연료를 다 썼을 때 일어난다. 그러면 별의 외층이 벗겨지고 크기가 줄어 밀도 높은 중성자별이 된다.

즉 이 초신성 폭발 속에서 새롭게 탄생한 중성자별은 짝별이 있는 ‘쌍성 중성자별’이라는 것이다.

쌍성 중성자별의 존재는 우주에서 금과 같은 중원소의 생성을 설명할 수 있어 중요하다. 쌍성 중성자별의 짝별은 보통 별이나 백색왜성 또는 다른 중성자별이며, 블랙홀을 짝별로도 둘 수 있다는 이론도 있다.

하지만 쌍성 중성자별의 경우 짝별과 너무 가까이 있어 결국 두 천체는 충돌해 굉장한 폭발 속에 병합된다.

이처럼 중성자별의 병합에서는 이른바 중력파로 알려진 시공간 구조 자체에 흔들림이 일어난다.

일반적으로 거대한 별이 초신성 폭발을 일으키면 태양 질량보다 몇 배 더 큰 물질이 파괴된다. 하지만 연구팀이 관측한 이번 초신성 폭발에서는 태양 질량의 20%밖에 방출되지 않았다.

이에 대해 연구에 참여한 만시 카슬리왈 캘텍 천문학과 조교수는 “우리는 이 거대한 별의 중심핵이 붕괴하는 모습을 봤지만, 놀랄 만큼 많은 양이 방출되는 것은 거의 보지 못했다”면서 “우리는 이를 외층이 아주 얇게 벗겨진 초신성(ultra-stripped envelope supernova)이라고 부르는 데 오래전부터 이런 천체의 존재를 예측해왔다”고 설명했다.

연구팀은 이론 모형화를 통해 이번 관측을 해석할 수 있었다. 이는 관측자들이 이번 초신성 폭발을 둘러싼 고밀도 물질의 존재를 추론할 수 있도록 했다.

연구에 참여한 미국 카네기과학연구소의 앤서니 피로 박사는 “이론과 관측을 결합함으로써 우리는 이런 놀라운 사건에 대해 훨씬 더 많은 것을 배울 수 있다”고 말했다.

자세한 연구 성과는 세계적 학술지 ‘사이언스’ 최신호(12일자)에 게재됐다.

사진=NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr