아하! 우주

[아하! 우주] 블랙홀에 조금씩 잡아 먹히는 기구한 운명의 별 (연구)

작성 2023.01.22 08:40 ㅣ 수정 2023.01.22 08:40
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▲ 조석 파괴 현상을 묘사한 일러스트. 출처 NASAJPL-Caltech
은하 중심에는 거대한 크기의 블랙홀이 있다. 예를 들어 우리 은하계 중심에는 태양 질량의 400만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 있고 이웃한 안드로메다 은하는 이보다 더 큰 질량을 지닌 거대 블랙홀이 있다. 따라서 어떤 별이든 그 중력에 잡혀 블랙홀 방향으로 떨어지면 결국 한 번에 흡수되는 운명을 피하지 못한다. 다만 블랙홀로 떨어지는 별은 단순하게 흡수되는 것은 아니다. 

블랙홀의 엄청난 중력 때문에 같은 별 안에서도 블랙홀에 가까운 부분과 먼 부분이 서로 잡아당기는 힘이 다르다. 따라서 별은 길쭉하게 늘어나면서 조각나게 되는 데 이런 현상을 조석 파괴 현상 (TDE, tidal disruption event)라고 부른다.

이 과정을 거쳐 블랙홀 주변으로 흡수된 물질의 일부는 강력한 에너지의 제트 형태로 방출되고 나머지는 블랙홀 안으로 영원히 사라진다. 이때 방출되는 엄청난 에너지 덕분에 과학자들은 먼 거리에서도 조석 파괴 현상을 관측할 수 있다. 

그런데 유럽 남방 천문대 (ESO)의 토마스 위버스와 동료들은 2018년 매우 특이한 조석 파괴 현상을 관측했다. 일반적인 조석 파괴 현상이 순식간에 엄청난 에너지를 방출한 후 갑자기 사라지는 것과 달리 AT2018fyk는 거의 600일 동안 X선 영역에서 에너지를 방출했다. 하지만 더 이상한 현상은 1,200일 후 AT2018fyk가 다시 밝아졌다는 점이다. 

이 현상을 설명할 수 있는 유일한 방법은 별이 흡수되지 않고 살아남아 주기적으로 블랙홀 주변을 공전한다는 것이다. 연구팀은 관측 결과를 토대로 태양과 비슷한 질량의 별이 1,200일 정도를 주기로 블랙홀 주위를 공전하는 것으로 분석했다.

연구팀에 따르면 본래 이 별은 쌍성계의 하나였다. 그러나 블랙홀의 중력에 의해 한 별은 블랙홀 주변을 아슬아슬하게 타원형으로 공전하면서 조금씩 잡아 먹히는 신세가 됐고 다른 별은 초속 1,000km의 속도로 은하계를 빠져나가는 초고속 별이 되는 기구한 운명의 주인공이 됐다. 

AT2018fyk는 부분 조석 파괴 현상의 첫 번째 사례로 천문학자들의 관심을 끌고 있다. 무엇보다 흥미로운 사실은 다음 이벤트도 예측할 수 있다는 것이다. 부분 조석 파괴 현상이 다시 관측되는 것은 2025년이다.


다만 이 별이 이미 파괴되지 않았다는 전제 조건이 붙는다. 연구팀은 부분 조석 파괴 현상이 일어날 때마다 대략 1-10%의 질량을 잃는 것으로 보고 있다. 따라서 이미 별이 존재하지 않을 가능성도 배제할 순 없다. 

우주에는 여러 가지 사연을 지닌 천체들이 존재한다. 하지만 오랜 세월 같이 살았던 형제별과 생이별을 한 후 블랙홀에 조금씩 흡수 당하는 별처럼 기구한 운명의 별은 우주에서도 드문 존재다. 과연 이 별이 4년 후에도 살아 있다는 신호를 보낼 지 궁금하다. 

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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