2024-05-18

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마이크로노바, 새로운 종류의 초신성 폭발 발견되다

쌍성계에서의 마이크로노바 발생 상상도  Credit: ESO/M. Kornmesser, L. Calçada 크레딧:ESO/M. 콘메서, L. 칼카다

유럽남방천문대의초대형망원경으로천문학자들이새로운유형의초신성폭발인마이크로노바를관측했다. 이러한폭발은특정별들의표면에서일어나며, 이별들각각은불과몇시간만에약 35억개의이집트 기자의피라미드면적을태워버릴수있다.

추천 사진: 쌍성계에서의 마이크로노바 발생 상상도 / 크레딧 Credit: ESO/M. Kornmesser, L. Calçada (M. 콘메서, L. 칼카다)

“저희는 마이크로노바라고 부르는 현상을 처음 발견하고 확인했습니다.” 사이몬 스카린지 박사가 말했다. 사이몬은 영국 더럼 대학에서 이 폭발에 관련된 연구를 주도한 천문학자이다. 연구는 네이쳐지에 수록되었다. “이 현상은 별에서 수소 폭발이 어떻게 일어나는지에 대한 의문을 제기했습니다. 이전에 저희는 저희가 이 현상을 이해한다고 생각했습니다. 그러나 이번 발견으로 인해 완전히 새로운 방식으로 이에 대해 접근하게 됐습니다.” 라고 그는 덧붙였다.

마이크로노바는 굉장히 강력한 현상이나 천문학적 규모에서는 작은 편으로 여겨진다. 마이크로노바는 천문학자들이 몇 세기 동안 노바라고 알고 있던 초신성 폭발에 훨씬 못 미친다. 두 종류의 폭발 모두 태양과 비슷한 질량을 가진 죽은 별, 백색 왜성에서 발생한다.

쌍성계의 백색 왜성은 가까이 있는 동반성으로부터 물질들(주로 수소)을 훔칠 수 있다. 이 가스가 백색왜성의 매우 뜨거운 표면에 떨어지면서 수소 원자들이 폭발하여 헬륨으로 융합하는 계기가 된다. 이 핵융합은 항성 표면 전체에서 일어난다. “이러한 폭발은 백색왜성 전표면을 몇 주 동안 태우고 빛나게 합니다.” 라고 네덜란드 암스테르담 대학의 천문학자이자 논문의 공동 저자인 나탈리 데제나르가 설명했다.

마이크로노바도 이와 유사한 과정을 겪으나 폭발 규모가 작고, 속도도 빨라서 불과 몇 시간만 진행된다. 폭발은 강한 자기장을 가진 몇몇 백색 왜성에서만 발생하고, 자기장은 별의 자기극 쪽으로 물질들을 빨아들인다. “저희는 처음으로 수소 핵융합이 국부적인 방식으로 일어날 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 수소 연료는 일부 백색 왜성의 자기극의 밑부분에 포함되어 있고, 핵융합은 이러한 자기극에서만 발생합니다,” 라고 연구의 공동 저자인 네덜란드 라드바우드 대학의 천문학자 폴 그루트가 말했다.

그루트는 “이로 인해 초소형 핵융합 폭탄이 터지는데, 초소형 핵융합 폭탄은 초신성 폭발의 약 100만분의 1의 강도를 가지고 있기 때문에 초소형 핵융합 폭탄이라는 이름이 붙었습니다.”고 덧붙였다. 비록 ‘초소형’이라는 단어 때문에 그 위력을 과소평가할 수도 있지만, 이러한 폭발들 중 하나만으로도 약 20,000조 kg, 또는 약 35억 개의 기자의 피라미드 면적을 태워버릴 수 있다.

이 새로운 마이크로노바의 발견으로 인해 천문학자들의 지식이 확장됐다. 초신성 폭발의 종류가 이전에 생각했던 것보다 더 다양할 수 있는 것이다.  “마이크로노바는 우주가 얼마나 역동적인지 보여 줍니다. 이러한 현상은 어쩌면 꽤 흔할지도 모르지만, 너무 빨리 발생하기에 실제로 관측하기란 쉬운 일이 아닙니다.”라고 스카린지가 설명했다.

연구팀은 나사의 외행성통과탐사위성(TESS)의 데이터를 분석할 때 이 불가사의한 초소형 폭발을 처음 접했다. “나사의 TESS가 수집한 천문학적 데이터를 통해 저희는 특이한 현상을 발견했습니다. 그것은 몇 시간 동안 지속되는 밝은 빛의 섬광이었습니다. 더 자세히 찾아본 결과, 저희는 몇 가지 유사한 신호를 발견했습니다.”라고 데게나르가 말했다.

연구팀은 TESS로 세 개의 마이크로노바를 관측했다. 두 개는 알려진 백색왜성의 것이었지만 세 번째는 더 자세한 관측을 요했다. 그래서 세 번째 백색왜성의 상태를 확인하기 위해 유럽 남방 천문대의 초대형 망원경에 X-슈터 기구를 달았다.

“유럽 남방 천문대의 초대형 망원경 덕분에, 저희는 이 모든 광학 섬광이 백색왜성에 의해 생성되었다는 것을 발견했습니다,”라고 데게나르는 말했다. “마이크로노바를 발견하고 연구 결과를 해석하는 데에 이 관측이 결정적인 역할을 했습니다.” 라고 스카린지가 덧붙였다.

마이크로노바의 발견은 지금까지 알고 있던 항성 폭발의 역사를 다시 썼다. 연구팀은 이제 대규모 조사와 신속한 후속 조치가 필요한, 이러한 난해하고 복잡한 현상들을 더 많이 포착하길 원한다. 스카린지는 “초대형 망원경이나, 유럽 남방 천문대의 최첨단 기술 망원경과 같은 망원경들과 연구실의 기구들을 통한 신속한 반응으로 인해 저희가 이 신비한 마이크로노바의 정체를 더 자세하게 밝혀낼 수 있을 것” 이라며 인터뷰를 마쳤다.

위는 쌍성계를 보여주는 이미지이다. 백색왜성(전면)과 동반성(후면)에서 마이크로노바가 발생할 수 있다. 백색왜성은 동반성으로부터 물질을 빨아들여 자극(磁極)으로 보낸다. 빨아들인 물질이 백색왜성의 뜨거운 표면에 떨어지면서 적어도 행성의 하나의 자극을 포함한 마이크로노바 폭발을 일으킨다.
크레딧 Credit: 마크 갈릭 Mark Garlick (http://www.markgarlick.com/)

출처: ESO

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