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2019년 5월 24일 금요일

우주 이야기 917 - 마지막 왈츠를 추는 두 개의 백색왜성



(The infrared nebula of J005311. Credit: Vasilii Gvaramadse/Moscow University)

(WISE 22 micron infrared images at different intensity scales (panels a and b) compared with an optical IPHAS H alpha image where the nebula is not visible (panel c). (c) Vasilii Gvaramadse/Moscow University)


 독일 본 대학과 모스크바 대학의 과학자들이 매우 독특한 백색왜성의 쌍성계를 발견했습니다. 연구팀은 나사의 Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) 관측 데이터를 바탕으로 지구에서 1만 광년 떨어진 천체인 J005311가 매우 독특한 특징을 지니고 있다는 사실을 확인했습니다.


 이 천체는 백색왜성의 쌍성계로 이미 수십 억년 전 죽은 별의 잔해입니다. 보통 이정도 시간이 흐르면 백색왜성 역시 표면 온도가 낮아져 더 희미한 천체가 됩니다. 백색왜성은 태양 같은 별이 마지막 단계에서 중심부 헬륨 연료가 고갈된 후 더 이상 핵연료가 없어 연소 핵융합 반응이 중단된 후 형성됩니다. 



 수소 핵융합 반응의 결과로 헬륨이 형성되고 헬륨 핵융합 반응의 결과로 산소와 탄소가 생성되는데, 태양 정도 질량으로 산소와 탄소를 연소시켜 더 무거운 원소를 만들기에는 중심부 중력과 열에너지가 낮은 것입니다. 아무튼 남은 산소와 탄소 덩어리는 아직 별만한 질량을 지닌데다 매우 고온 상태라 식는데 오랜 시간이 걸립니다. 그래도 결국 수만도에 이르는 온도 역시 추가 핵융합 반응이 없기 때문에 점점 떨어지게 됩니다. 



 그런데 이 백색왜성 쌍성계는 다시 밝게 빛나고 있었습니다. 그 이유는 두 백색왜성이 너무 가까운 거리까지 근접한 상태로 결국 하나로 합쳐지기 직전 단계까지 왔기 때문입니다. 이 단계에서 두 백색왜성은 중력파를 내놓으면서 에너지를 잃고 점점 더 가까이 접근합니다. 그 결과 사실상 하나로 붙으면서 강한 중력을 통해 헬륨보다 더 무거운 원소를 연소할 수 있는 것입니다. 결국 이 백색왜성 쌍성계는 태양보다 4만 배나 밝게 빛나고 있습니다. 


 물론 이 과정은 별의 일생에서 매우 짧은 시기인 수천년 안에 종료되고 결국 남게 되는 것은 더 무거운 백색왜성 혹은 중성자별입니다. 앞으로 하나가 될 두 백색왜성은 마지막 왈츠를 추는 셈인데, 이는 드라마틱한 엔딩을 보여주는 별의 왈츠 (stellar waltz with dramatic ending)라고 할 수 있습니다. 왈츠의 마지막은 아마도 초신성 폭발일 가능성이 높습니다. 


 매우 드문 일이지만, 그래도 은하계에 워낙 많은 별이 있는 만큼 종종 이런 일을 관측할 수 있다는 사실이 흥미롭습니다. 


 참고 


Vasilii V. Gvaramadze et al. A massive white-dwarf merger product before final collapse, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1216-1



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