우주 이야기 399 - 은하계에서 가장 뜨거운 백색왜성

(Diagram of the Milky Way showing our Sun, the white dwarf, and the gas cloud relative to our neighbor galaxy, the Large Magellanic Cloud (adajcent to it the Small Magellanic Cloud). The white dwarf RX J0439.8-6809 and the gas cloud are between us and the Large Magellanic Cloud. Credit: Philipp Richter/University of Potsdam )

 튀빙겐 대학과 포츠담 대학(Universities of Tübingen and Potsdam)의 천문학자들이 우리 은하의 외곽에서 가장 뜨거운 백색왜성을 찾는데 성공했다는 소식입니다.

 백색왜성은 태양과 비슷한 주계열성이 적색거성 단계를 거쳐 가스를 잃고 핵연료가 더 이상 남지 않게 되었을 때 형성되는 것으로써 남은 핵연료 부산물 - 주로는 산소와 탄소 - 가 뭉쳐서 본래 밀도의 100만 배 수준으로 중력으로 압축되는 천체입니다.

 이전 포스트 참조 :  http://blog.naver.com/jjy0501/100129205482

                                

                       http://blog.naver.com/jjy0501/100129253151

 과거 포스트에서 설명했듯이 별의 중심부에 핵융합 반응이 진행하게 되면 점차 중심부에는 수소 대신 헬륨이 축적되게 됩니다. 이 헬륨도 적당한 열과 압력을 받으면 다시 핵융합 반응을 거쳐 더 무거운 원소인 탄소나 산소가 될 수 있습니다.

 그러나 그 다음 단계의 핵융합 반응을 일으키기에는 태양 정도 질량으로는 어렵습니다. 결국 핵융합 반응이 멈추면 지금까지 중력에 의한 압축을 막아주던 힘이 사라지면서 남은 물질이 압축되 백색왜성이 되는 것입니다.

 그런데 이 과정에서 본래 별의 중심부에 있던 열에너지는 그대로 백색왜성에 보존되게 됩니다. 압축으로 인해 크기가 작아지면서 표면 온도는 도리어 섭씨 수만도 이상으로 높아집니다. 이름은 백색왜성이지만, 막 생긴 백색왜성은 높은 표면온도 때문에 이름과는 달리 파란색으로 빛나게 됩니다.

 예를 들어 현재 시뮬레이션 결과에 의하면 태양이 백색왜성이 된 직후 표면 온도는 무려 18만K(켈빈, 이정도 온도에서는 섭씨 온도와 별 차이 없음)에 달할 것이라고 합니다. 이론적으로는 20만K 이상의 고온도 충분히 가능합니다.

 이번에 발견된 백색왜성은 무려 25만K의 고온으로 은하계 외곽의 헤일로에서 발견되었습니다. 이름은 RX J0439.8-6809인데 사실 발견된 것은 20년 전이었으나 지금까지 그 정체를 확실히 몰랐던 것입니다. 

 처음 과학자들은 이 백색왜성이 동반성에서 가스를 끌어당겨 표면에서 수소 핵융합 반응을 하고 있다고 생각했습니다. 하지만, 새로운 연구 결과 이 백색왜성은 태양 질량의 5배 정도 되는 별에서 생성된 백색왜성으로 단순히 생긴지 얼마되지 않아 높은 온도를 가지고 있었던 것으로 보입니다. 초기 생성시 표면온도는 40만K이고 현재는 조금 식어 25만K 입니다.

 백색왜성은 시간이 지남에 따라 조금씩 열을 잃게 됩니다. 다만 질량이 큰 반면 표면적은 매우 작아져서 열을 뺏기는데 시간이 오래걸릴 뿐입니다. 이 백색왜성도 핵융합으로 새로 에너지를 생성하는 것이 아니기 때문에 결국은 시간이 지나면 온도가 점차로 식게 될 것입니다.

 이번 관측에서 천문학자들은 재미있는 사실을 하나 더 발견했습니다. 자외선 영역 관측에서 이 백색왜성과 지구 사이에 있는 가스 구름의 존재가 확인된 것입니다.  RX J0439.8-6809는 우리에게서 초속 220km, 그 사이에 있는 가스 구름은 150km/s의 속도로 멀어지고 있습니다.

 백색왜성은 보통 죽은별로 생각됩니다. 하지만, 백색왜성이 되고 나서도 별은 이전보다 훨씬 희미하지만, 밝게 빛날 수 있습니다. 어쩌면 백색왜성은 별의 또 다른 사후 세계일지도 모릅니다.

 참고

  

K. Werner et al. Analysis of HST/COS spectra of the bare C–O stellar core H1504+65 and a high-velocity twin in the Galactic halo, Astronomy & Astrophysics (2015). DOI: 10.1051/0004-6361/201527261

P. Richter et al. High-velocity gas toward the LMC resides in the Milky Way halo, Astronomy & Astrophysics (2015). DOI: 10.1051/0004-6361/201527451

 http://phys.org/news/2015-11-hottest-white-dwarf-galaxy.html#jCp