글/ 적예(笛睿)
【정견뉴스】
보통 질량이 아주 큰 항성(恒星)의 수명이 끝날 때면 초신성(超新星) 폭발 후 블랙홀이 되는 것이 일반적이다. 하지만 최신 연구에 따르면 한 항성이 극초신성(hypernova)의 방식으로 폭발하면 그 에너지가 초신성의 10배가 넘지만 폐허 속에서 블랙홀이 생기는 대신 새로운 항성이 탄생한다는 사실이 밝혀졌다.
뿐만 아니라 새로 탄생한 이 보기 드문 항성 내부에는 여러 가지 중원소(重元素 보통 아연보다 무거운 원소를 지칭)를 풍부하게 함유하고 있어 과학자들에게 우주 중에 존재하는 중원소의 또 다른 내원을 밝혀줄 최초의 증거가 되었다.
그동안 학자들은 우주 중의 중원소는 오직 두 양성자별이 합병될 때만 생길 수 있다고 여겨왔다. 보통 두 개의 거대한 항성으로 조성된 쌍성계가 각각 중성자별로 변한 후 다시 합병해서 생겨난다.
하지만 과학자들은 우주가 대폭발 이후 그리 길지 않은 시간 안에 이미 중원소가 존재했음을 발견했다. 가령 은하계에서도 우주에서 온 아주 초기의 일부 중원소들이 발견된다. 그런데 이 시기는 두 중성자별의 합병이 발생하기에는 시간이 충분하지 않다. 때문에 과학자들은 이들 초기 중원소의 내원에 대한 다른 가능성을 염두에 두고 연구해왔다.
지난 7월 7일 네이처에 발표된 한 연구에 따르면 은하계 헤일로(halo)에서 발견된 아주 오래된 항성 J2003-1142가 우주 내에서 우라늄과 금을 포함하는 중원소에 대한 또 다른 내원의 증거가 될 수 있다고 한다. 은하계 헤일로는 기본적으로 구형으로 은하계를 둘러싸는 구역이다.
이번 연구에서는 항성 J2003-1142 내부의 중원소는 두 중성자별의 합병으로 생긴 게 아니라 그보다 앞서 존재했던 항성이 ‘자기회전형 극초신성(magnetorotational hypernova)’ 방식으로 폭발하면서 생겨난 것임을 발견했다.
즉, J2003-1142는 마치 봉황이 ‘욕화중생(浴火重生)’하는 것처럼 이전 항성의 극초신성 폭발 중에 새로 태어났다는 뜻이다.
“우리의 계산에 따르면 SMSS J2003-1142는 지금부터 대략 130억 년 전에 극초신성 폭발 잔해 속에서 태어났습니다. 이는 여태껏 한 번도 발견된 적이 없는 현상입니다.” 이 연구의 주요 저자 중 한 사람인 호주국립대학 천체물리학자 데이비드 용의 말이다.
J2003-1142는 지구에서 약 7500광년 정도 떨어진 별이다. 연구에 따르면 이것의 이전 항성에는 오직 수소와 헬륨 두 가지 원소만 존재했고 질량은 태양의 약 25배로 아주 강한 자기장이 존재해 자전속도가 몹시 빨랐다. 이 항성의 수명이 다하면서 극초신성 폭발이 발생한 것이다.
폭발 이후 탄생한 J2003-1142 내부의 원소들을 분석한 결과 예전에 존재했던 항성에 대한 많은 단서들을 발견했다고 한다. 예를 들면, 질소 함량이 높은 것은 이전 항성의 자전주기가 아주 빨랐음을 의미하고, 아연 함량이 높은 것은 폭발 에너지가 일반적인 초신성보다 약 10배 정도 컸음을 의미하며, 우라늄 함량이 높은 것은 폭발과정에서 대량의 중성자가 존재했음을 설명한다.
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/269188