지구에서 가장 가까운 초신성 후보 ···백색왜성 쌍성계 발견

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지구에서 약 150광년 떨어진 지역에서, 두 개의 백색왜성이 서로를 공전하고 있는 쌍성계가 발견됐다.

영국 워릭대학교 연구팀은 이 쌍성계가 시간이 지나면서 결국 초신성으로 폭발할 것이라고 분석했다. 이번 발견은 초신성의 기원을 이해하는 데 중요한 관측 결과로 평가되고 있다.

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초신성과 1a형 초신성의 이해

초신성은 별이 생애 마지막에 폭발하면서 엄청난 에너지를 방출하는 현상이다. 일반적으로 별이 수명을 다하면 크기가 수축하거나 팽창하면서 다양한 방식으로 생을 마감하지만, 경우에 따라서는 극도로 밝은 폭발을 일으키는데, 이를 초신성이라고 부른다.

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초신성에는 여러 종류가 있다. 그 중 1a형 초신성은 특별한 과정을 거쳐 발생한다. 태양보다 훨씬 오래된 별이 수명을 다하면, 남은 중심부가 스스로 붕괴해 작은 천체가 되는데, 이를 백색왜성이라고 한다. 백색왜성은 매우 작고 밀도가 높은 별의 잔해로, 더 이상 핵융합을 하지 않고 식어가는 단계에 있다.

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이 백색왜성이 단독으로 존재하면 별다른 변화 없이 식어가지만, 주변에 다른 별이 있거나 다른 백색왜성과 짝을 이루어 가까워지면 상황이 달라진다. 백색왜성이 다른 별로부터 물질을 끌어당기거나, 두 백색왜성이 서로 합쳐질 경우 질량이 점점 늘어난다.

 

 

 

백색왜성이 첫 폭발해, 인근의 동반성(두 번째 백색왜성)을 향해 물질을 내던지는 순간을 포착한 것이다.

두 번째 별도 곧 폭발 직전에 있으며, 이 모든 과정은 약 230억 년 후에 일어날 예정이다. 하지만 실제 폭발은 단 4초 만에 두 별 모두에서 순차적으로 발생한다. [사진=워릭대학교/Mark Garlick]

 

 

백색왜성의 질량이 일정 한계(태양 질량의 약 1.4배, 찬드라세카르 한계)를 넘으면, 내부 압력을 이기지 못하고 갑작스러운 붕괴와 함께 폭발이 일어난다.이것이 1a형 초신성이다.

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1a형 초신성은 밝기가 일정한 특성을 가지기 때문에, 천문학자들이 이 밝기를 이용해 먼 은하까지의 거리를 정확히 측정할 수 있다. 우주의 팽창 속도와 구조를 연구하는 데 필수적인 기준이 되는 셈이다. 하지만 1a형 초신성이 실제로 어떤 과정을 거쳐 발생하는지는 명확하게 밝혀지지 않았다. 특히 백색왜성 두 개가 합쳐져 초신성으로 이어진다는 이론은 강력하게 제기되어 왔지만, 이를 실제로 관측한 사례는 거의 없었다. 이번에 발견된 백색왜성 쌍성계는 이 이론을 뒷받침하는 매우 중요한 사례다.

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서로 다가가는 백색왜성 쌍성계

 

발견된 두 백색왜성은 질량을 합치면 태양의 약 1.56배에 달한다. 이는 찬드라세카르 한계를 넘어서는 질량으로, 초신성 폭발이 필연적이라는 의미다.

현재 이들은 지구와 태양 거리의 약 60분의 1에 해당하는 가까운 거리에서 약 14시간 주기로 서로를 돌고 있다.

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시간이 지남에 따라 중력파를 방출하면서 에너지를 잃고 점점 가까워지고 있으며, 결국 수십억 년 후에는 30~40초 만에 한 바퀴를 도는 극단적으로 밀접한 상태에 도달할 것으로 예측된다. 최종적으로 두 별은 합쳐지고, 임계 질량을 넘은 백색왜성은 중력을 이기지 못하고 초신성으로 폭발한다.

 

폭발이 일어날 때, 이 초신성은 밤하늘에서 달보다 약 10배 밝게 보일 것으로 예상된다. 다만 이 과정은 약 230억 년 후에 일어날 예정이며, 지구에 미치는 영향은 없다.

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우리 은하에 숨겨진 초신성 후보들

이 쌍성계가 비교적 가까운 거리에 존재한다는 사실은, 우리 은하 내에도 아직 발견되지 않은 유사한 백색왜성 쌍성계가 존재할 가능성을 보여준다. 이러한 시스템은 초신성 발생률과 은하 진화 모델을 이해하는 데 중요한 자료가 될 수 있다.

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또한 시간이 지나면서 두 별이 방출하는 중력파는 미래의 중력파 관측 기술을 통해 탐지할 수 있을 것으로 기대된다. 광학 관측과 중력파 천문학이 결합하면, 백색왜성 쌍성계의 진화 과정을 더욱 정밀하게 추적할 수 있게 된다.

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워릭대학교 연구팀은 이번 발견이 초신성 발생 과정에 대한 이해를 넓히는 것은 물론, 미래의 우주 거리 측정과 중력파 관측 연구에도 중요한 기여를 할 것으로 전망하고 있다.

 

 

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