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죽은 별 2개가 정면 충돌하면 무슨일이?..우주적 거대 이벤트 ‘킬로노바’

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▲ 두 개의 중성자 별이 합쳐질 때 발생하는 강력한 사건인 ‘킬로노바’의 여파를 보여주는 그래픽. NASA/CXC/M. Weiss

천문학자들이 슈퍼노바를 능가하는 장대한 우주적 이벤트인 '킬로노바'의 잔광을 발견한 것으로 보인다. 

킬로노바는 슈퍼노바, 곧 초신성 폭발로 죽은 별의 잔해인 두 개의 초고밀도 중성자별이 충돌하는 사건을 일컫는다. 천문학자들은 GW170817로 명명된 이 사건에서 파생된 X선 잔광을 발견한 것으로 잠정 추정하고 있다. 

발견 팀은 파편이 충돌로 인해 확장되면서 소닉 붐과 같은 충격으로 주변 물질을 가열했다고 제안한다. X선 잔광의 존재는 이 가열로 인해 생성되었다고 보는 것이다. 

그러나 X선은 다른 원인으로도 발생할 수 있는데, 예컨대 중성자별 병합으로 인해 물질이 블랙홀 쪽으로 떨어지는 경우를 들 수 있다. 따라서 천문학자들은 이 '발견'을 두고 잠정적이라는 단서를 달고 있다. 그러나 어떤 유형의 발견이든 인류가 최초로 접하는 우주적 사건으로, 과학에 처음으로 알려지는 것인 만큼 의미는 크다고 할 수 있다. 

미국 노스웨스턴 대학 천체물리학 대학원생인 수석 연구원 아프라지타 하젤라는 성명을 통해 "우리는 중성자별 병합의 여파를 연구하면서 미지의 영역에 진입했다"고 말하면서 "우리는 처음으로 새롭고 특별한 것을 보고 있다. 이것은 우리에게 이전에 관찰되지 않은 새로운 물리적 과정을 연구하고 이해할 수 있는 기회를 제공한다"고 덧붙였다. 

천문학자들은 사건 직후 NASA의 찬드라 X선 우주망원경을 사용하여 X선 방출을 발견했지만, 2018년 초부터 방출이 희미해지기 시작했다. 그러나 하젤라 팀은 X선 방출이 남아 있는 상태에서 2020년 밝기의 감소가 멈췄음을 알아냈다. 

그후 X선 밝기는 일정한 수준을 보였는데, 이 같은 일관성은 해당 사건이 이례적인 것임을 보여주는 것이라고 팀원들은 말했다. 이번 연구의 수석 저자이자 버클리 캘리포니아 대학 천체물리학자인 라파엘라 마구티는 같은 성명에서 "우리가 보고 있는 것을 설명하려면 완전히 다른 X선 소스가 필요한 것으로 보인다"고 밝혔다. 

따라서 궁극적인 원인이 무엇인지 파악하기 위해서는 더 많은 후속 연구가 필요할 것으로 보인다. 그것이 실제로 킬로노바라면, 연구원들은 충격이 인근 환경을 계속 뚫고 나가면서 X선과 전자기파 방출이 더 증가하는 것을 볼 수 있을 것으로 기대한다. 하지만 블랙홀이라면 X선 방출량이 줄어들거나 일정하게 유지되어야 할 것으로 보고 있다. 



연구에 기반한 상세한 내용은 '아스트로노미컬 저널 레터스' 2월 28일 판에 게재되었다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 

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