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우주 이야기 552 - 신성의 발생 전후를 관측하다.



(Artist's portrayal of a classical nova explosion. Credit: K. Ulaczyk / Warsaw University Observatory)

(Upper panels: Snapshots of a nova lifecycle. Lower panel: The Milky Way over the Warsaw Telescope dome, Las Campanas Observatory. Credit: J. Skowron, K. Ulaczyk / Warsaw University Observatory)


 신성(nova)는 보이지 않던 별이 갑자기 보이는 현상을 의미하는 것으로써 주로는 백생왜성이 동반성에서 가스를 흡수한 후 표면에서 열핵반응을 일으키는 것이 주된 기전입니다. 초신성은 다소 드물지만, 신성은 우리 은하에서도 일년에 몇 개씩 볼 수 있습니다. 백색왜성과 동반성을 이루는 적색 거성이 흔하기 때문이죠. 


 태양과 같은 별은 최후에 적색 거성을 부풀어 오른 후 중심부의 핵융합 반응이 중단되면 가스를 잃고 남은 부분이 수축해 백색왜성이 됩니다. 그런데 우주에는 동반성을 거느린 별이 많습니다. 두 개의 동반성 가운데 질량이 큰 쪽이 먼저 백색왜성이 된 후 다른 별이 백색왜성이 되면 백색왜성 - 주계열성의 쌍성계가 형성됩니다. 


 그런데 쌍성계를 이루는 별은 대부분 동시에 태어난 별이므로 결국 동반성도 머지 않아 적색 거성 단계에 접어드는 경우가 많습니다. 먼저 죽은 별의 가스가 동반성에 흡수되면 이 단계는 더 빨라집니다. 따라서 백색왜성 - 적색거성의 동반성이 되는 것이죠. 


 적색거성은 거대하게 부풀어오르는 대신 가장 외곽층의 가스를 잡아주는 중력은 약해집니다. 만약 백색왜성이 충분히 가까운 거리에 있다면 이 가스를 흡수할 수 있습니다. 이렇게 모은 가스는 수소가 주성분으로 백색왜성의 표면에 농축되었다가 어느 임계점에 이르면 압력과 온도가 높아져 다시 핵융합 반응을 일으킵니다. 이것이 신성의 원리이죠. 


 그런데 이는 이론적으로는 훌륭하지만, 실제로는 자세히 관측이 된적이 없습니다. 신성이 갑자기 나타나기 때문에 신성의 발생 후에는 관측이 가능해도 그 전에는 관측이 불가능했던 것이죠. 


 바르샤바 대학의 과학자들은 다른 목적으로 하늘을 관측하던 중 Nova Centauri 2009라는 신성을 우연히 관측했습니다. 이들은 6년에 걸쳐 신성의 발생전과 발생, 그리고 그 이후를 관측했던 것입니다. 그 결과는 기존의 이론을 뒷받침하는 것이었습니다. 


 밤하늘의 신성은 육안으로도 볼 수 있는 것들이 많습니다. 비록 서울이나 기타 대도시에서는 보기 어렵지만, 갑자기 나타난 신성은 오래전부터 신화나 상서로운 징조로 받아들여졌고 현재도 과학자들의 중요한 연구 목표입니다. 인류의 호기심을 자극했던 신성에 대한 연구는 앞으로도 계속될 것입니다. 


 참고 



Przemek Mróz et al. The awakening of a classical nova from hibernation, Nature (2016). DOI: 10.1038/nature19066




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