혼자 쓸쓸히 빛나는 청색 초거성, 알고 보니 본래는 ‘커플’ [아하! 우주]

우주에 있는 별 가운데 상당수는 사실 솔로가 아닌 커플이다. 태양 같은 별은 가스 구름에서 여럿이 함께 태어나기 때문에 서로의 중력에 이끌려 쌍성계가 되기 때문이다. 태양에서 가장 가까운 알파 센타우리 역시 쌍성계에 별 하나를 더 끌어와 세 개의 별이 서로 공전하는 삼성계를 이루고 있다.

하지만 일부 별은 혼자 고독하게 우주를 여행한다. 별 가운데서 특히 밝고 큰 청색 초거성 (blue supergiant)이 그 대표적인 사례다. 청색 초거성은 태양보다 16-40배 정도 무거운 별로 중력 때문에 중심부에서는 핵융합 반응이 격렬하게 일어난다. 그 결과 밝기는 태양의 1만 배 이상 밝고, 표면 온도는 2-5배 정도 더 뜨겁다.

이렇게 큰 별이라면 굳이 짝이 필요하지 않을 것 같지만, 과학자들은 청색 초거성이 대부분 혼자 있는 점을 의아하게 생각했다. 보통 이런 거대 별은 많은 가스가 있는 성운에서 탄생하기 때문에 주변에도 다른 크고 작은 별이 있게 마련이다. 그러면 큰 중력 때문에 다른 별이 끌려올 가능성이 매우 높아 웬만해서는 혼자만 있기 어렵다.

스페인의 카나리아스 천체물리학 연구소 (IAC)의 과학자들은 시뮬레이션을 통해 청색 초거성이 늘 솔로인 이유를 밝혀냈다. 이유는 간단했다. 처음에는 둘이었는데, 중력에 의해 서로 끌리다가 하나로 합체되었기 때문이다.

사실 과학자들은 청색 초거성의 진화를 연구하면서 초기 단계에 있는 젊은 청색 초거성을 발견하지 못했다. 대신 이보다 좀 더 작은 질량인 거성은 확인할 수 있었는데, 이들은 쌍성계인 경우가 흔하다. 이들은 강한 중력으로 서로를 공전하고 있기 때문에 너무 가까이 있으면 하나로 합체될 가능성이 높다.

연구팀은 이 가설을 검증하기 위해 합체 모델을 시뮬레이션한 다음 대마젤란 은하에 있는 59개의 청색 초거성의 관측 데이터와 대조했다. 그 결과 합체 가설이 관측 결과를 잘 설명하는 것으로 나타났다. 합체 가설은 청색 초거성이 혼자 있는 경우가 많다는 사실과 초기 단계를 관측하기 어려운 이유를 잘 설명한다.

합체 가설이 옳다면 청색 초거성은 솔로가 아니라 둘이 하나가 되어 죽는 순간까지 함께 하는 커플이라고 할 수 있다. 물론 그렇다고 해도 우리와는 관련이 없는 것 같지만, 사실 우리 몸을 구성하는 일부 원소는 여기서 나온 것일 수도 있다.

청색 초거성 같은 무거운 별이 마지막 순간에 초신성 폭발과 함께 사라지면서 남긴 무거운 원소가 지구 같은 별을 이루고 생명체를 이룬 것이기 때문이다. 오래전 합체된 청색 초거성이 없었다면 지금의 우리는 없었을지도 모른다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com