죽어가는 별이 남긴 중성자 별 쌍성계 첫 관측

9억2천만 광년 떨어진 은하 외곽에 위치한 항성 'iPTF 14gqr'(점선안)이 초신성으로 폭발하는 과정. 왼쪽부터 폭발 전, 폭발, 폭발후. [출처: NASA/JPL-Caltech/R.Hurt]

거대한 별이 초신성(슈퍼노바)으로 폭발했다가 소멸하면서 중성자 별 쌍성계를 형성하는 과정이 처음으로 관측됐다.

캘리포니아공대 천문학과 맨시 카슬리왈 조교수가 이끄는 연구팀은 지구에서 약 9억2천만 광년 떨어진 은하의 외곽에 있는 별 'iPTF 14gqr'이 진화의 마지막 단계로 폭발했다가 사라지는 과정에서 이를 관측했다고 과학저널 '사이언스(Science)' 최신호에 밝혔다.

태양 질량의 8배가 넘는 거대한 별은 중심부의 수소 연소가 끝나 더는 에너지를 낼 수 없게 되면 핵이 붕괴하고 강력한 폭발과 함께 외층이 날아가면서 태양 질량의 수배에 달하는 많은 양의 물질을 방출하고 중성자 별을 남긴다.

하지만 iPTF 14gqr은 폭발과정에서 태양 질량의 5분의 1에 불과한 물질만 방출한 것으로 관측됐다. 이때문에 매우 밝은 빛을 내는 일반적인 초신성과 달리 극히 희미한 빛을 내고는 빠르게 사라졌다.

카슬리왈 박사는 "우리는 거대한 별의 중심이 붕괴하는 것을 목격했지만 질량은 극히 적게 방출하는 것을 봤다"면서 "이런 현상이 존재할 것으로 오래전부터 예측되기는 했지만 확실하게 관측된 것은 이번이 처음"이라고 했다.

연구팀은 iPTF 14gqr이 중력적으로 질량을 뺏길 수 있는 가까운 거리에 백색왜성이나 중성자별, 블랙홀 등의 동반 별을 갖고있어 이런 현상이 벌어진 것으로 추론했다. 별이 폭발하기 전에 질량을 상당 부분 동반 별에 뺏김으로써 초신성 폭발 과정에서 방출되는 물질이 적었다는 것이다.

폭발 뒤 남은 중성자 별은 동반 별을 돌며 쌍성계를 형성함으로써 iPTF 14gqr 관측이 중성자 쌍성계 형성 관측으로 이어진 셈이 됐다.

이 중성자 쌍성계는 서로 거리가 가까워 지난 2017년 8월 처음 관측된 것과 마찬가지로 충돌을 통해 합쳐질 것으로 예상되고 있다. 금이나 백금, 우라늄 등과 같은 우주의 중원소는 이런 중성자 별 간 충돌로 생성되는 것으로 추정되고 있다.

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<연합뉴스>