케플러 우주망원경 데이터에서 발견한 난쟁이새별

 

CREDITS:NASA and L. Hustak (STScI)

 

그림 1> 이 그림은 이번에 새로 발견된 난쟁이새별 이중별계를 그린 상상화이다. 

이 이중별계는 백색난쟁이별이 자신의 짝꿍별이 갈색난쟁이별로부터 물질을 빨아들이고 있다. 

이렇게 빨려나온 물질은 백색난쟁이별 주위에 강착원반을 만들었고 특정 시점에 갑작스럽게 밝기가 치솟아 오르는 현상이 발생했다. 

연구팀은 과거에 케플러우주망원경이 수집한 데이터를 이용하여 이전에 목격된바 없고 아직 그 원인이 정확하게 밝혀지지 않은 '점증적인 밝기 상승과 뒤이어 나타나는 거대 폭발' 현상을 발견했다. 

이때 별의 밝기는 하루도 안되는 짧은 시간에 무려 1,600배나 밝아졌다. 

 

NASA의 케플러 우주망원경은 외계행성을 찾도록 만들어진 우주망원경이다. 

행성이 자신의 별 전면을 지나갈 때 별빛이 희미해지는 것을 이용하여 외계행성을 찾아낸다. 

그런데 이러한 기능이 또다른 천문현상, 즉 계속 밝아졌다 어두워졌다를 반복하는 천체를 찾아내는데도 적합하다는 것이 밝혀졌다. 

 

과거 케플러 우주망원경이 획득한 데이터를 이용하여 예전에는 알려지지 않았던 난쟁이새별 이중별계에서 독특한 거대폭발이 발생했음을 밝혀낸 것이다. 

천천히 흐려지고 있는 이 별이 하루도 안 되는 짧은 시간에 무려 1,600배나 밝아졌다. 

수수께끼의 이 별은 백색난쟁이별과 갈색난쟁이별로 구성되어 있는 이중별계이다. 

으뜸별인 백색난쟁이별에 대해 짝궁별인 갈색난쟁이별의 질량은 약 10분의 1 수준이다. 

 

백색난쟁이별은 우리 태양과 같은 별이 최후를 마친후 남겨지는 별의 핵이다. 

이 별은 태양 정도에 해당하는 질량의 물질들이 지구 정도 크기로 고밀도로 뭉쳐져 있는 별이다. 

갈색난쟁이별은 약 10개에서 80개의 목성을 모아놓은 정도의 질량을 가지고 있다. 

이 유형의 별들은 중심에서 핵융합이 발생되기에는 너무 작은 별들이다. 

갈색난쟁이별은 백색난쟁이별 주위를 40만 킬로미터 거리, 즉 지구와 달 정도밖에 되지 않는 가까운 거리에서 매 83분마다 한 바퀴 돌고 있다. 

그 거리가 너무 가깝다 보니 마치 흡혈귀처럼 백색난쟁이별의 강력한 중력이 갈색난쟁이별의 물질들을 백색난쟁이별로 빨아들이고 있다. 

이렇게 벗겨져 나간 물질들이 백색난쟁이별 주위에 나선형으로 추락하면서 강착원반이라고 알려진 원반을 형성하고 있다. 

 

이러한 현상이 포착될 수 있었던 것은 밝기가 무려 1,000배 이상 폭증하는 현상이 일어났을 때 케플러 우주망원경이 정확한 각도로 대상을 포착할 수 있었기 때문이다. 

당시 이 별들은 태양으로부터 너무나 가까워 지구에서 보기가 쉽지가 않았다. 즉, 이 현상을 포착할 수 있었던 유일한 장비는 케플러우주망원경 뿐이었다. 

매 30분마다 데이터를 취합하는 케플러의 빠른 관측 리듬이 이 별에서 발생하는 폭발을 세부적으로 잡아내는데 필수적이었던 것이다. 

이렇게 취합된 데이터는 이번 연구를 이끈 우주망원경과학연구소 및 호주켄버라국립대학, 라이언 리든-하퍼(Ryan Ridden-Harper)와 연구팀에 의해 발견되기까지 케플러 아카이브 데이터에 숨겨져 있었다. 

 

리든-하퍼의 소감은 다음과 같다. 

"우리는 거대 폭발을 찾으려고 했던 것이 아닙니다. 

그저 우주에서 순간적으로 나타났다가 사라지는 그런 천문학적 현상들을 찾아보고 있었죠. 

어떤 의미에서 이번 발견은 정말 우연의 일치라 할 수 있습니다."

 

케플러 우주망원경의 데이터에는 사건 전체 데이터가 고스란히 담겨 있었다. 

천천히 빛이 증가하다가 빠르고 격렬한 빛의 증가가 이어졌다. 

빛이 갑자기 폭증하는 현상은 이론적으로 추론이 가능했지만 처음에 빛이 천천히 증가한 이유는 여전히 수수께끼로 남아 있다. 

이러한 현상은 다른 두 개 난쟁이새별의 거대 폭발에서도 관측되었지만 강착원반의 물리학에 대한 표준 이론들은 이러한 현상을 전혀 고려하지 않고 있다. 

 

리든-하퍼의 설명은 다음과 같다.

"이들 난쟁이새별들은 여러 해동안 연구되어온 천체입니다. 그래서 이번에 발견된 새로운 현상은 정말 다루기 어려운 상황이었죠. 

우리는 새로 탄생하고 있는 별부터 초거대질량의 블랙홀까지 거의 모든 강착원반을 살펴봐야했습니다. 

우리가 본 것을 이해하는데 있어 중요한 자료였죠."

 

이에 대한 가설들은 강착원반에서 예상치못한 일이 한꺼번에 일어나면서 극적인 변화에 도달하는 순간 거대폭발이 발생한 것으로 추정하고 있다. 

물질들이 강착되어갈수록 원반의 크기는 강착원반의 외곽이 바깥쪽을 돌고 있는 갈색난쟁이별과 중력공명이 일어날때까지 성장한다. 

중력공명상태가 되면 열적 불안정성이 촉발되고 이로인해 원반은 순식간에 뜨거워진다. 

관측에 따르면 원반의 온도는 평상시 수준인 2,700도~5,300도 수준에서 거대 폭발이 절정에 달하는 시점에 17,000도~21,000도까지 치솟아 올랐다. 

이러한 난쟁이새별들은 상대적으로 드물어서 지금까지 알려진 것은 100개 정도에 불과하다. 

개개의 이중별계는 여러 해 또는 십여년 정도의 간격을 두고 폭발을 만들어내는 것 같다. 

따라서 실제 폭발이 발생 중인 대상을 포착해 내는 것도 쉽지만은 않은 일이다. 

 

논문의 공동저자인 우주망원경과학연구소의 아민 레스트(Armin Rest)는 이번 발견을 통해 케플러우주망원경이 수집한 데이터에 더욱 희귀한 천체현상이 숨겨져 있지 않을까 하는 기대감이 커졌다고 말했다. 

연구팀은 케플러 데이터를 좀더 살펴볼 계획이며, '통과현상을 이용한 외계행성탐사위성(the Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS)'이 수집한 데이터도 살펴볼 계획이다. 

 

 인디애나주 노트르담 대학의 피터 가나비치(Peter Garnavich)의 소감은 다음과 같다.

 "케플러우주망원경을 이용한 지속적인 관측, 그리고 지금 TESS를 이용한 관측에서 그 존재를 드러낸 역동적인 이중별계는 별의 폭발에 있어 가장 이른 시간에 어떤 일이 있었는지를 연구할 수 있게 해줍니다. 

이는 지상에 있는 천문대에서는 거의 불가능한 일입니다. "

 

이번 연구 결과는 영국왕립천문학회 2019년 10월 21일 월보에 개재되었다. 

 

출처 : 허블사이트 2020년 1월 24일 발표 뉴스

        https://hubblesite.org/contents/news-releases/2020/news-2020-07

 

참고 : 다양한 별에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346972