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적색거성 중심의 자기장은 지구의 1000만 배

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2015년 10월 23일 03:00 프린트하기

NASA 제공
위키미디어 제공
별의 자기장은 별의 탄생과 죽음을 결정짓는 중요한 요소다. 자기장의 크기에 따라 별 내부의 가스 흐름과 자전속도가 바뀌고, 자전속도에 따라 별의 진화가 달라지기 때문이다. 최근 별 내부의 자기장에 관한 수수께끼가 풀려 주목을 받고 있다.
 
짐 풀러 미국 캘리포니아공대 박사와 마테오 캔틸레오 미국 산타바바라 캘리포니아대 카빌이론물리연구소 박사가 이끈 공동 연구팀은 적색거성 중심에 강력한 자기장이 형성돼 있다는 사실을 처음으로 증명해 ‘사이언스’ 23일 자에 발표했다. 태양을 포함해 지금까지 별 표면의 자기장에 대한 연구는 꾸준히 진행됐지만 내부 자기장에 대해서는 밝혀진 바가 없었다. 
 
별은 크기와 내부 구조에 따라 서로 다른 패턴으로 진동한다. 예를 들어 ‘쌍극자 모드’가 되면 별의 밝기는 반으로 나뉘어 한쪽 반구는 밝아지고 다른 반구는 어두워지는 식이다. 미국 항공우주국(NASA)은 2013년 케플러우주망원경으로 몇몇 적색거성에서 이 쌍극자 모드의 진동이 감소하는 현상을 발견했다. 적색거성은 크고 밝지만 질량이 작고 표면온도도 낮아 별의 진화 과정에서 마지막 단계의 별에 해당한다.
 
연구팀은 이런 현상이 별의 내부 자기장과 관련 있을 것이라고 생각하고, 우주지진학 기술과 슈퍼컴퓨터를 활용해 수리 모델을 만들어 적색거성 수십 개의 중심부 자기장을 계산했다. 우주지진학은 별의 진동 패턴을 분석해 내부 구조를 연구하는 학문 분야다. 
 
그 결과 연구팀은 중심에 아주 강한 자기장이 존재할 때 별의 진동이 감소한다는 사실을 증명했다. 또 적색거성 중심의 자기장은 지구 자기장의 1000만 배에 이르는 것으로 확인됐다.
 
풀러 박사는 “내부의 강한 자기장이 별의 진동을 일으키는 중력파의 에너지를 빼앗는 것으로 보인다”며 “중력파가 바깥으로 전파되지 못하고 중심에 갇히면서 진동이 줄어든다”고 설명했다. 연구팀은 온실가스가 지구 밖으로 벗어나지 못하고 갇히는 현상과 비슷하다는 데서 이를 ‘자성 온실 효과(magnetic greenhouse effect)’라고 이름 붙였다.
 
풀러 박사는 “진동과 자기장은 별의 내부 구조를 밝히는 가장 강력한 도구”라며 “이번 연구 결과는 항성의 내부 구조뿐만 아니라 중성자성이나 백색왜성 같은 ‘죽은 별’의 표면에서 강력한 자기장이 나오는 원인에 대한 연구에도 실마리를 제공할 것”이라고 말했다.
 

송경은 기자

kyungeun@donga.com

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