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다른 별 잡아먹는 ‘블랙 위도우’ 중성자별 발견

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▲ 동반성에서 물질을 흡수하고 있는 중성자별. 나사

짝짓기 후 수컷을 잡아먹는 검은과부거미(black widow spider)처럼 배우자를 잡아먹는 곤충을 블랙 위도우라고 부른다. 이 단어에 그런 의미가 담겨 있기 때문이다. 천문학자들도 일부 중성자별에 블랙 위도우라는 명칭을 붙였다.

초신성 폭발 잔해에서 남은 물질이 모여 만들어진 중성자별은 표면 중력이 매우 강해 거리만 가깝다면 다른 별의 가스도 흡수할 수 있는데, 이 가운데 특별히 동반성과 밀착해서 상대방을 잡아먹듯이 흡수하는 경우가 있기 때문이다. 

최근 MIT의 과학자들은 역대 가장 짧은 공전주기를 지닌 블랙 위도우 펄서 (중성자별)을 발견했다. 이 중성자별은 공전 주기가 지구 저궤도 인공위성과 비슷한 62분에 불과하다. 사실상 별의 표면을 스쳐 지나가는 수준으로 밀착한 상태에서 강한 중력으로 진공청소기처럼 물질을 흡수하는 셈이다. 

본래 연구팀은 캘리포니아 팔로마 관측소에 설치된 ZTF (Zwicky Transient Facility)를 이용해 주기적인 에너지를 방출하는 중성자별인 펄서를 관측하던 중이었다. 펄서는 매우 빠른 속도로 자전하는 중성자별로 공전 주기가 1초 이하인 경우도 흔하다. 그래도 강한 표면 중력 때문에 별이 부서지지 않는다. 

지구에서 3000광년 떨어진 거리에서 발견한 J1406+1222 역시 그런 경우로 자전 주기가 1초 미만인 밀리 세컨드 펄서에 속한다. 그런데 연구팀은 놀랍게도 이 중성자별과 아직 수명이 남아 있는 동반성의 밝기가 62분 간격으로 변한다는 사실을 확인했다. 역대 가장 공전 주기가 짧은 블랙 위도우 중성자별을 발견한 것이다. 

하지만 놀라움은 여기서 끝이 아니었다. 연구팀은 추가 데이터 분석을 통해 두 쌍성계와 멀리 떨어진 곳에서 1만 년 주기로 공전하는 세 번째 동반성을 발견했다. 62분 주기로 공전하는 중성자별과 동반성이 하나의 별처럼 중력을 행사해 1만 년 주기로 공전하는 세 번째 동반성을 잡고 있던 것이다. 

물론 이 삼중성계는 영구적으로 존속할 수 없다. 결국 너무 가까이 다가간 중성자별이 임계 질량을 넘으면 블랙홀로 진화할 수도 있고 동반성이 그 전에 폭발해 중성자별 쌍성계로 진화할 수 있기 때문이다. 후자의 경우라도 결국 두 중성자별이 너무 가까워 하나의 블랙홀로 합쳐질 가능성이 높다. 이 과정에서 멀리 떨어진 세 번째 별의 궤도 역시 불안정해질 것이다.



결국 천문학자들은 매우 짧은 기간 존재할 수 있는 독특한 삼중성계를 우연히 관측한 셈이다. J1406+1222는 넓고 넓은 우주에 별의별 일이 다 일어날 수 있다는 점을 다시 한번 보여준 사례로 볼 수 있다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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