글/ 소로
【정견뉴스】
천문학자들이 최근 우주공간에서 한 항성이 폭발하면서 해체되는 놀라운 장면을 관측하는데 성공했다.
미국 우주항공국(NASA)의 허블우주망원경 및 다른 여러 망원경을 함께 사용해 항성이 사망하는 전 과정을 최초로 관측해냈는데 이는 천문학자들에게 항성이 쇠퇴하다 사망하는 과정에 대한 정보를 제공해준다.
이번 연구논문의 주요 저자 중 한명인 미국 캘리포니아 주립대학 산타크루즈 분교의 라이언 폴리(Ryan Foley) 박사는 “우리는 마치 범죄 조사관이 된 것처럼 별의 마지막 순간과 그 이후 무슨 일이 일어나지는 연구할 수 있는 매우 드문 기회를 얻은 셈”이라면서 “앞으로 별의 폭발 순간과 그 방식에 대한 가장 상세한 모습을 관측할 수 있을 것”이라고 설명했다.
SN 2020fqv라 이름 붙여진 이번 초신성은 지구에서 약 6천만 광년 떨어진 나비은하인 NGC 4567과 NGC 4568 안에 위치한다. SN 2020fqv의 존재는 2020년 4월 캘리포니아 샌디아고에 위치한 팔로마 천문대에서 ZTF로 처음 관측되었다. 이 초신성은 테스(TESS) 위성으로도 동시에 관측되었고 이후 천문학자들은 허블망원경 및 지상 망원경으로도 이 초신성을 관측했다.
이 망원경들은 공동으로 항성이 가장 초기 훼멸(毁滅) 단계에서부터 전체적인 관측 자료를 제공했다. 허블망원경은 폭발 후 불과 몇 시간 내에 항성에서 아주 가까운 물질을 관측했는데 이를 항성주위물질이라 한다. 이런 물질은 항성이 생명의 마지막 1년에 분출하는 것이다. 이 관측은 천문학자들에게 이 항성이 사망하기 전에 어떤 일이 발생했는지 이해할 수 있게 해준다.
“우리는 이렇게 근접한 항성주변물질에 대해 검사해본 적이 아주 드문데 왜냐하면 아주 짧은 시간 안에만 볼 수 있기 때문입니다. 우리는 또 통상 적어도 폭발 후 불과 며칠 안에 초신성을 관찰할 수 있었습니다. 이번 초신성은 우리가 허블망원경을 통해 아주 신속하게 관측했고 폭발하는 항성주변구역에 대해 전례 없는 분석을 진행할 수 있었습니다.” 이번 논문의 주요 저자 중 한명인 캘리포니아 공과대학의 사마폰 틴야농(Samaporn Tinyanont)의 설명이다.
연구팀은 이 항성에 대한 허블망원경 관측결과를 1990년대까지 추적했다. TESS는 폭발 며칠 전부터 폭발이 끝난 수주 후까지 30분 간격으로 항성에 대한 사진을 제공해주었다. 천문학자들은 최초로 폭발을 탐지한 후 몇 시간 만에 다시 허블망원경을 사용했다. 허블망원경으로 항성주변물질 관측을 통해 학자들은 지난 10년간 항성 주변에서 발생한 일들에 대해 알 수 있다. 연구팀은 이 항성의 마지막 수년에 대해 지난 수십 년간 축적된 자료들을 결합했다.
“현재 우리는 이 항성이 사망하기 전 몇 년과 사망 기간 및 그 이후에 발생한 일들에 대해 완전한 이야기를 연구하고 있습니다.” 폴리의 말이다. “이는 정말이지 이 항성의 최후시각 및 그것들이 어떻게 폭발했는지 알려주는 상세한 투시도와 같습니다.”
틴야농과 폴리는 SN 2020fqv를 ‘초신성의 로제타스톤’으로 비유했다. 로제타스톤은 3가지 서로 다른 문자가 적힌 비석으로 전문가들이 이집트 상형문자를 해독하는데 큰 도움을 주었다.
이 초신성에 과한 자료를 분석하는 중에 학자들은 3가지 서로 다른 방법을 사용해 폭발한 항성의 질량을 확정할 수 있었다. 이중에는 초신성의 성질과 변화 및 이론모형에 대한 비교도 포함되어 있다. 그 결과 이번에 폭발한 항성의 질량이 대략 우리 태양의 14~15배에 달함을 확인할 수 있었다. 초신성 폭발한 항성의 질량을 정확하게 측정하는 것은 질량이 큰 항성이 어떻게 살아가고 또 사망하는가에 있어 지극히 중요한 자료다.
“우리는 처음으로 세 가지 방법을 사용해 초신성의 질량을 검증할 수 있었고 또한 이 자료들이 서로 일치했습니다.” 틴야눙의 말이다. “현재 우리는 이런 다양한 방법들을 사용하고 있고 나중에 서로 결합시키려 합니다. 왜냐하면 아직 다른 초신성들이 많이 존재하고 있고 우리는 한 가지 방법만으로 그 질량을 얻었지만 다른 방법으로는 측정하지 못했기 때문입니다.”
허블망원경의 자료와 우주 및 지상망원경에서 온 다른 관측들을 더하면 천문학자들은 또 다른 폭발에 직면한 항성들에 대해 일종의 예보시스템을 만들 수 있다.
항성은 폭발하기 몇 년 전부터 종종 더 활동적으로 된다. 어떤 천문학자들은 적색거성 베텔게우스가 최근 대량의 물질을 분출하는 것에 대해 이 항성이 곧 초신성으로 변신할 가능성이 있다고 한다. 폴리는 비록 베텔게우스가 꼭 폭발한다고 장담할 순 없지만 우리는 이 항성이 폭발할 가능성에 대해 진지하게 검토해보아야 한다고 했다.
“이건 아마 일종의 경고일 수 있습니다. 때문에 만약 당신이 한 항성의 빛이 흔들리면서 행동을 개시한 것을 보았다면 그럼 그것이 진짜 폭발하기 전에 어떤 일이 발생하는지 더욱 관심을 기울여야 합니다. 그리고 우리가 이런 초신성들을 더 많이 발견할수록 항성 생명의 마지막 수년 사이에 발생하는 일에 대해 더 잘 이해할 수 있게 될겁니다.” 폴리의 설명이다.
이 논문은 10월 26일 왕립천문학회월보에 발표되었다.
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/271289