1초에 100번 도는 별, 헬륨별과 함께 공전 중

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헬륨별과 함께 도는 ‘초고속 펄서’ 발견… 극단적인 쌍성계 첫 확인

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중국 천문학자들이 밀리초 펄서와 헬륨 중심 항성으로 이루어진 극단적인 이중성계를 세계 최초로 관측했다. 밀리초 펄서는 초신성 폭발 후 생성된 중성자별로, 자전 속도가 매우 빨라 1초에 수백 번 회전하며 극 방향으로 강한 전파를 방출한다. 이번에 발견된 펄서는 자전 주기가 단 10.55밀리초로, 1초에 약 95회 자전한다.

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연구팀은 이 펄서를 2020년 처음 관측했고, 이후 전파 신호가 궤도의 일부 구간에서 반복적으로 차단된다는 사실을 발견했다. 이는 지구와 펄서 사이에 전파를 가로막는 물체가 존재한다는 의미였고, 후속 관측을 통해 정체가 밝혀지기까지 4년이 걸렸다.

 

 

 

PSR J1928+1815 주변의 광학 및 적외선 영상.[사진=Science (2025)]

 

 

수소를 잃고 헬륨만 남은 동반성, 비정상적으로 가까운 거리

추적 결과, 펄서 곁에는 태양 질량의 1~1.6배 수준의 별이 중력적으로 결합되어 있었으며, 이 별은 일반적인 항성과 달리 수소층이 거의 사라지고 헬륨 중심으로만 구성돼 있었다. 과학자들은 이 별이 원래 일반적인 항성이었으나, 진화 과정에서 팽창해 펄서를 감싸는 ‘공통 외피 단계(common envelope)’를 거치며 외피가 벗겨졌다고 본다. 이 과정에서 두 별은 외부 물질을 방출하며 급격히 가까워졌고, 현재는 서로를 단 3.6시간마다 한 바퀴씩 공전할 만큼 밀착돼 있다.

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거리로 환산하면 태양과 수성 사이 거리의 50분의 1 수준에 불과한 극단적 구조다. 특히 헬륨 항성이 살아남아 펄서와 짝을 이루는 구조는 이론으로만 예측됐을 뿐 실제로 관측된 적은 없었다.

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극단적 이중성계가 여는 새로운 천체물리학

이번 관측은 밀리초 펄서의 형성, 가속, 진화 과정을 입증할 실증적 사례로 주목받는다. 일반적으로 펄서는 동반성과의 질량 교환을 통해 자전 속도가 점점 빨라지는 것으로 알려져 있는데, 실제로 질량이 제거된 헬륨 항성과 밀리초 펄서가 함께 존재하는 시스템은 그 과정을 거의 완결된 상태로 보여준다.

 

또한 공통 외피 단계를 거친 뒤 살아남은 쌍성계의 실존은, 별의 말기 진화와 상호작용을 다루는 천체물리학 이론을 검증하는 데 매우 중요한 자료가 된다. 연구진은 이와 유사한 구조를 지닌 시스템이 우리 은하 내에 16개에서 많게는 80여 개 존재할 가능성이 있으며, 앞으로 정밀한 탐색이 이루어진다면 고밀도 천체의 동역학과 중력 상호작용을 더욱 깊이 이해할 수 있을 것이라고 보고 있다.

 

 

 

실험동물(lab animal)을 대신하는 인공지능 시스템