우주 이야기 634 - 블랙홀에가 가장 가까운 별

(Artist's illustration of a star found in the closest orbit known around a black hole in the globular cluster named 47 Tucanae.

Credits: X-ray: NASA/CXC/University of Alberta/A.Bahramian et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss)

 과학자들이 블랙홀에 가장 가까이 위치한 별을 찾아냈습니다. 반대로 말하면 별에 가장 가까운 블랙홀이라고 할 수 있겠죠. 통상적으로 블랙홀은 은하 중심에 위치한 거대 질량 블랙홀과 항성과 쌍성계를 이룬 항성 질량 블랙홀로 나눌 수 있습니다. 후자의 경우 두 개의 별이 쌍성계를 이뤘다가 질량이 큰 쪽이 먼저 초신성 폭발로 사라지고 남은 자리에 블랙홀이 생겨서 쌍성계를 이루는 경우입니다. 이번에 발견된 블랙홀 역시 그런 경우입니다. 

 국제 천문학자팀은 나사의 찬드라 X선 위성과 호주 망원경 컴팩트 어레이 Australia Telescope Compact Array (ATCA) 전파 망원경 데이터를 이용해서 지구에서 14,800광년 떨어진 구상성단인 큰부리새자리 47 (47 Tucanae)를 관측했습니다. 

 찬드라는 여기서 28분마다 밝기가 변하는 X선원인 X9를 발견했는데, 2015년 ATCA로 관측이 이뤄지기 전까지는 이 X선원이 블랙홀이라는 사실이 밝혀지지 않았습니다. 과학자들은 이 블랙홀이 28분을 주기로 동반성과 공전을 한다는 사실을 알고 깜짝 놀라지 않을 수 없었습니다. 블랙홀이 아닌 정상적인 별이라면 견디기 힘든 속도이기 때문이죠. 

 흥미롭게도 관측 데이터는 동반성 역시 정상적인 별이 아니라는 점을 시사하고 있습니다. 찬드라 X선 데이터는 블랙홀로 빨려들어가는 대량의 산소를 발견했는데, 이는 이 동반성이 백색왜성일 가능성을 시시하는 소견입니다. 블랙홀 - 백색왜성 쌍성계는 지구 - 달 거리의 2.5배에 불과한 거리에서 서로의 질량 중심을 사이에 두고 28분 주기로 공전하는 것으로 보입니다. 

 둘 다 매우 밀도와 중력이 커서 분해되지는 않지만, 백색왜성의 경우 블랙홀에 너무 가까이 다가간 덕분에 물질을 흡수당하고 있습니다. 연구팀은 이 백색왜성이 행성질량 정도로 쪼그라들거나 결국 미래에는 사라질 것으로 추정하고 있습니다. 아마도 백색왜성이 된 것 자체 역시 적색 거성 단계인 동반성의 가스를 블랙홀이 모두 흡수해 그렇게 되었을 가능성도 있습니다. 

 결국 현재 관측 결과를 토대로 생각하면 과학자들은 블랙홀이 별을 조금씩 집어삼키는 모습을 관측한 셈입니다. 다만 거리 때문에 정확한 관측이 어려운 점이 있어 백색왜성 - 중성자별 쌍성계 가능성도 배제는 하기 어렵습니다. 이 독특한 쌍성계에 대한 연구는 앞으로도 계속 진행될 것입니다. 

 참고 

 https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/star-discovered-in-closest-known-orbit-around-likely-black-hole.html