밝아지는 초거성 베텔게우스… ‘초신성 폭발’ 하나? [아하! 우주]

140% 이상 급 밝아진 베텔게우스 

밤하늘에서 가장 밝은 별 중 하나가 이상하게 밝아지고 있어 곧 초신성으로 폭발할 것이라는 추측을 불러일으키고 있다. 이렇게 눈부신 우주의 드라마 같은 광경을 정말 기대해도 좋을까? 

문제의 별은 오리온자리의 왼쪽 어깨에 앉아 있는 거대한 붉은 별인 베텔게우스다. 지구에서 약 650광년 떨어져 있는 베텔게우스는 밤하늘에서 10번째로 밝은 별이다. 그런데 이 별의 거동을 추적하는 트위터 계정(Betelgeuse Status)에 따르면, 베텔게우스는 현재 '평소' 밝기의 140% 이상으로 급상승하여 밝은 별 랭킹 7위에 올랐다.

베텔기우스는 적색 초거성으로, 중심부에 있는 수소 연료를 모두 태워 원래 몸피보다 수백 배 팽창한 거대한 별이다. 천문학자들은 이 별이 현재 헬륨을 탄소와 산소로 핵융합하고 있다고 믿는다. 이 단계는 별의 긴 일생에서 잠깐이라 할 수 있는 수만 년에서 수십만 년 지속되며, 이 기간이 끝나면 바로 초신성 폭발로 이어진다.

베텔게우스의 이 같은 기이한 거동은 2019년으로 거슬러올라간다. 그때부터 베텔게우스는 밝아졌다 어두워지기를 거듭하면서 심상찮은 상황을 연출했다. 그래서 일부 별지기와 천문학자들은 베텔게우스의 극적인 임종이 가까웠을 것이라고 추측했다.

초신성 폭발은 우리 은하계에서 약 100년에 한 개꼴로 터지는데, 희한하게도 400년 전 대천문학자 튀코 브라에와 요하네스 케플러가 본 두 번의 연달은 초신성 폭발 이후에는 아직까지 일어나지 않고 있다. 그래서 천문학계에서는 초신성은 위대한 천문학자가 있을 때만 터진다는 우스개소리까지 나오고 있는 실정이다.

만약 베텔게우스가 초신성 폭발을 일으킨다면 인류는 400년 만에 가장 가까운 초신성 폭발을 보게 될 것이며, 그 폭발은 너무나 엄청나서 낮에도 베텔게우스를 볼 수 있을 것이다.

만약 베텔게우스가 지구로부터 수십 광년 거리에서 폭발한다면 지구는 물론 태양계 전체가 하루아침에 사라져버리겠지만, 다행히 650광년이나 되는 먼 거리에 있기 때문에 초신성 폭발로 지구가 직접 피해를 입지는 않을 것이라 한다.

'대암전' 이후 이상해지는 베텔게우스베텔게우스는 밝기가 주기적으로 변하는 변광성이다. 천문학자들은 100년 넘게 베텔게우스가 400일마다 최대 밝기의 약 절반으로 떨어졌다가 다시 밝아지는 것을 관찰했다. 그러나 2019년 12월, 이 별은 이전에 본 것보다 예기치 않게 어두워져서 평소보다 2.5배 더 희미한 최저점 밝기에 도달했다. 

대암전(大暗轉,Great Dimming)이라고 불리는 이 사건의 원인은 별에 대한 우리의 시야를 가리는 거대한 먼지 구름 때문인 것으로 나중에 밝혀졌다. 이 같은 먼지 구름은 별 내부에서방출된 엄청난 물질이 생성한 것이었다. 

얼마 후 베텔게우스는 평소의 밝기로 되돌아갔지만, 대암전을 겪은 후 예전의 모습은 아니었다. 400일의 변광 주기가 그 절반인 200일로 줄어들었고, 게다가 밝은 기간이 늘어나는 현상을 보여 별지기들을 흥분시키고 있다. 그러나 천문학자들의 해석은 초신성 폭발의 가능성에 다소 부정적이다.

하버드 대학 이론 천체물리학 박사후 연구원 모건 맥레오드는 "우리의 최고 모델링은 베텔게우스가 핵에서 헬륨을 탄소와 산소로 연소시키는 단계에 있음을 나타낸다"며  "따라서 그 모델이 정확하다면 폭발하기까지 여전히 수만 년 또는 십만 년이 걸린다는 것을 의미한다"라고 말한다.

그는 '베텔게우스의 대암전' 대한 최근 연구의 주저자이다. 그런데 수만년, 수십만년이라 해도 천문학적으로 '조만간'에 불과하다.

별은 덩치가 클수록 수명이 기하급수적으로 짧아진다. 강력한 중력이 핵융합을 가속시키기 때문이다. 베텔게우스는 태양 질량의 약 20배로, 나이가 730만년밖에 안되었는데도 벌써 임종의 조짐을 보이고 있는 것이다. 태양이 수명이 약 100억 년인 것에 비하면 그야말로 요절하는 셈이다.

별의 정상적인 수명은 수소가 고갈되고 핵에서 헬륨을 융합하기 시작하면 끝나는 반면, 적색거성으로서 확장된 수명은 헬륨 연소 단계를 넘어 지속된다. 헬륨이 소진되면 별은 탄소와 산소를 태우는 단계로 넘어가며, 최종적으로 별의 핵은 철로 채워진다. 그리고 그 다음 순간 우주 최대의 드라마라 할 수 있는 불꽃놀이, 곧 초신성 폭발로 이어지는 것이다.

베텔게우스는 태양 지름의 730배나 되는 크기를 자랑하는데, 만약 베텔게우스를 우리 태양의 자리에 끌어다 놓는다면 수성, 금성, 지구, 화성은 확실히 베텔게우스에 먹혀 사라지고, 그 표면은 목성 궤도 너머까지 미칠 것이다.

이 같은 거대한 별이 초신성 폭발을 일으킨다면 그 밝기는 전체 은하계가 내는 빛과 맞먹을 정도가 되어 지구에서는 약 보름간 밤이 없으질 것이라 한다. 이 우주의 최대 드라마를 과연 살아 생전에 볼 수 있을까? 별지기들은 밤하늘 아래 망원경을 세울 때마다 가장 먼저 베텔게우스를 확인하는 것이 통과의례가 되고 있다. 

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com