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2020년 3월 7일 토요일

우주 이야기 1016 - 두 개의 백색왜성이 합체해 생성된 거대 백색왜성


(Artist's impression of two white dwarfs in the process of merging. Depending on the combined mass, the system may explode in a thermonuclear supernova, or coalesce into a single heavy white dwarf, as with WDJ0551+4135. Credit: University of Warwick/Mark Garlick)


 과학자들이 두 개의 백색왜성이 결합해 하나의 거대 백색왜성으로 탄생한 드문 사례를 발견했습니다. 워릭 대학의 마크 폴랜즈 박사 (Dr. Mark Hollands, from the University of Warwick Department of Physics)가 이끄는 국제 과학자 팀은 유럽 우주국의 가이아(Gaia) 관측 데이터를 분석하던 중 특이한 백색왜성을 발견했습니다. 지구에서 150광년 떨어져 있는 WDJ0551+4135는 다른 백색왜성에서 볼 수 없는  몇 가지 특징을 지니고 있었습니다. 


 연구팀은 윌리엄 허셜 망원경 (William Herschel Telescope)을 이용한 스펙트럼 분석에서 이 백색왜성의 대기에 탄소의 비중이 이상하게 높다는 사실을 발견했습니다. 본래 백색왜성은 태양 같은 별이 핵융합 연소를 일으키고 남은 원소인 산소와 탄소가 모여 형성되므로 당연히 백색왜성 자체는 산소와 탄소로 되어 있으며 그 주변에 있던 수소와 헬륨이 중력에 의해 백색왜성으로 이끌려와 대기를 형성합니다. 따라서 탄소의 농도가 지니치게 높은 것은 매우 이상한 현상이었습니다. 


 과학자들은 이 이상한 관측 결과를 설명할 수 있는 여러 가지 가설을 검토한 끝에 두 개의 백색왜성 쌍성계가 서로 충돌한 결과라고 주장했습니다. 일반적인 백색왜성의 질량은 태양의 0.6배인데 이런 질량을 지닌 백색왜성 쌍성계는 드물지 않습니다. 태양 보다 약간 무거운 별 두 개가 빠른 최후를 맞이하고 나면 흔히 볼 수 있는 결과이기 때문입니다. 아마도 이 과정은 수십 억년 전에 일어났을 것입니다. 그런데 이 두 백색왜성이 너무 가까우면 결국 중력파를 내놓으면서 점점 접근하게 됩니다. 그리고 13억년 전쯤 충돌한 것으로 보입니다. 


 여기서 한 가지 재미있는 사실은 백색왜성 충돌 결과 임계점인 태양 질량의 1.4배를 넘으면 초신성으로 폭발한다는 점입니다. 이 백색왜성의 질량은 태양의 1.13배로 운 좋게 이런 운명을 피한 셈입니다. 대신 충돌 과정에서 나온 풍부한 탄소에 의해 독특한 대기 조성을 남긴 것으로 보입니다. 연구팀은 이 백색왜성의 은하계 자전속도가 빠르다는 점을 확인하고 생각보다 그 나이를 대략적으로 추정할 수 있었습니다. 백색왜성의 자전속도는 나이에 따라 증가하기 때문입니다. 


 백색왜성은 중성자별이나 블랙홀에 비해서 대중적인 흥미는 적지만, 사실 훨씬 흔한 천체입니다. 그리고 초신성 폭발 등 여러 가지 중요한 현상과 연관이 있어 흥미로운 부분 역시 적지 않습니다. 이번 발견 역시 백색왜성에 대한 흥미로운 이야기를 들려주고 있습니다. 


 참고 


An ultra-massive white dwarf with a mixed hydrogen–carbon atmosphere as a likely merger remnant, Nature Astronomy (2020). DOI: 10.1038/s41550-020-1028-0 , https://nature.com/articles/s41550-020-1028-0



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