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[표지로 읽는 과학] 변덕쟁이 청색변광성 폭발 원인 밝혔다

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2018년 09월 30일 20:50 프린트하기

네이처 제공
네이처 제공

이번 주 ‘네이처’ 표지는 신화 속 거대 동물의 푸른색 눈동자를 보는 듯한 장면이 실렸다. 이는 태양보다 80배 큰 불안정한 상태의 극초거성인 밝은 청색변광성(LBV)과 그 주변을 3차원(3D)으로 시각화한 것이다. 폭발이 일어나는 순간을 포착한  ‘스냅샷’인 셈이다.

 

표지 그림의 가운데 파란색 점은 별의 중심부다. 그 주변을 겹겹이 둘러싸고 있는 것이 헬륨 등 별을 구성하는 물질들이 밀집돼 있는 바깥 층으로 중심부에서 지속적으로 생성된다. 색상은 방사선의 세기를 나타내는 것으로, 붉은 색에서 푸른 색으로 갈수록 세기가 높다. 외곽의 보랏빛은 기체상 물질의 밀도를 나타낸다. 밝은 부분이 더 밀도가 높은 지역이다.

 

별(항성)의 진화 단계 후반부에 속하는 밝은 청색변광성은 밝기 변화가 변덕스럽고 그 폭도 태양의 25만~100만 배까지 크다. 때문에 ‘우주의 게이샤르(간헐온천)’이라는 별명을 얻었다. 질량도 매우 크지만 짧게는 수개월에서 수년 사이에 질량이 크게 줄거나 크게 늘어나는 일이 잦다. 또 반복해서 자주 폭발이 일어나기 때문에 늘 성운으로 둘러싸여 있다.

 

지앙양페이 미국 샌타바버라 캘리포니아대 교수팀은 천체 망원경을 통해 2차원(2D) 장면으로 볼 수밖에 없었던 밝은 청색변광성을 3D로 시각화하고, 이를 바탕으로 밝은 청색변광성에서 일어나는 폭발 원인과 그 메커니즘을 밝혔다고 네이처 27일자가 소개했다. 미국항공우주국(NASA) 등에서 얻은 관측 데이터를 집대성해 슈퍼컴퓨터 ‘미라(Mira)’로 시뮬레이션 한 결과다.

 

이전까지 밝은 청색변광성의 폭발은 별의 중심에서 멀고 상대적으로 차가운 바깥 층의 복사압에 의해 발생한다고 알려져 있었지만 정확한 원인이나 메커니즘은 밝혀진 바 없었다. 

 

연구진의 분석에 따르면 별 외곽을 둘러싸고 있는 불투명한 헬륨 입자 층이 밝은 청색변광성의 반복적인 폭발이 일어나게 하는 결정적인 방아쇠 역할을 하는 것으로 나타났다. 별의 중심부에서 나오는 강한 빛이 별 바깥 쪽의 헬륨 층에 부딪히면서 마치 모래주머니가 터지듯 한꺼번에 많은 물질이 밖으로 방출된다는 것이다. 

 

약 9000켈빈(K, 0K는 섭씨 -273도)의 고온에서 헬륨 입자가 가장 높은 활성을 띠는 것으로 나타났다. 폭발에 따른 질량 변화(감소)는 연간 최대 0.001% 수준으로 확인됐다. 물질이 방출되면서 질량 손실이 일어난 폭발 직후에는 다시 외곽 층이 성장할 때까지 상대적으로 낮은 온도를 유지했다.

 

연구진은 3D 시뮬레이션을 토대로 청색변광성의 밝기가 단 며칠 간격으로 10~30%씩 변화한다는 사실도 정량적으로 예측했다. 지앙 교수는 “기존 예상보다도 더 짧은 시간에 큰 폭으로 변화하는 것으로 나타났다”며 “은하계 형성에 중요한 역할을 하는 거성의 물리현상을 밝힌 이번 연구 결과는 우주의 기원과 진화를 밝히는 새로운 단서가 될 것”이라고 밝혔다.

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