(극초신성의 개념도. 출처: ESA)
과학자들은 더 멀리 있는 별을 관측하기 위해서 꾸준히 노력해왔습니다. 더 멀리 있는 별이란 더 먼 과거의 우주를 의미하는 것이고 결국 시간을 거슬러 올라가 우주의 태초를 연구하는 일이기 때문입니다. 하지만 100억 광년 이상의 먼 거리는 사실상 은하도 희미한 점으로밖에 보이지 않는 거리입니다.
이 거리에서 초기 별의 단서를 잡는 방법은 이전에 소개한 것처럼 초신성 폭발이나 혹은 그보다 더 밝은 극초신성(hypernova) 폭발을 포착하는 것입니다. 극초신성은 우주 초기 있었던 종족 III 별이 폭발하면서 발생하는 매우 극단적인 초신성 폭발로 보통 초신성 폭발이 은하만큼 밝다면 극초신성 폭발은 그 수백 배의 밝기를 가지고 있습니다.
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현재의 빅뱅 이론에 의하면 우주 초기에는 수소, 헬륨 이외에는 극소량의 리튬 밖에 없었습니다. 이 원소들은 별의 중심에서 핵융합 반응을 거쳐 지금처럼 다양한 원소로 변하게 됩니다.
따라서 우주 초기 종족 III 별의 특징은 수소와 헬륨 이외의 금속 성분(천문학에서 금속 성분이란 리튬보다 무거운 원소를 의미함)이 거의 없는 항성이라고 말할 수 있습니다. 동시에 종족 III별은 지금보다 우주의 물질 밀도가 매우 높은 시절에 형성되었기 때문에 태양 질량의 수백 배에 달하는 거대한 별이었습니다. 당연히 수명이 매우 짧아 현재는 남아있지 않습니다. 이들은 형성된지 수백 만년 이내로 폭발해 주변으로 무거운 원소를 뿌리고 사라졌습니다.
그런데 이 1세대 초기 별에서 태어난 2세대 별은 과연 어떨까요? 과학자들은 이 가운데는 분명 지금도 존재하는 것들이 있다고 생각되고 있습니다. 이 별들은 130억 년 이상의 나이를 지닌 매우 나이든 별로 지금까지 살아있는 것은 태양보다 질량이 낮아서 수명이 매우 긴 것 뿐입니다.
캠브리지 대학과 호주 국립대학(ANU)의 과학자들은 우리 은하 중심부에서 이런 2세대 별들을 찾아냈습니다. 연구팀은 호주에 있는 호주 국립대학 스카이맵퍼 망원경(ANU SkyMapper telescope)으로 14,000개의 후보를 찾아낸 후 이중 금속 함량이 매우 낮은 2세대 별로 의심되는 별 23개를 찾아냈습니다. 이중 9개의 별은 금속함량이 태양의 1/1000 수준이었고 가장 작은 것은 1/10000 수준이었습니다.
이런 낮은 비중은 이 별들이 초기 1세대 별의 잔해에서 태어난 별이라는 증거입니다. 이 별들은 빅뱅직후 1세대 별이 처음 형성된 2억년 이후 형성된 것으로 그 나이는 130억 년 이상이며 사실 우리 은하가 형성되기도 전에 있었던 별이라고 할 수 있습니다. 이와 같은 고대 별들은 우리 은하의 중심부인 벌지(bulge)에 몰려있습니다.
앞서 포스팅했던 것과 같이 은하 중심부에는 오래된 별들이 다수 존재합니다. 그중 상당수는 이미 백색왜성으로 일생을 마감했지만 말이죠.
연구팀은 동시에 1세대 별을 찾을 수 있을지도 모른다고 생각하고 있습니다. 물론 당시에 형성된 질량이 큰 별은 다 사라졌지만, 어쩌면 거의 순수한 수소와 헬륨으로 된 1세대 별 가운데서도 질량이 매우 작아서 130억 년 이상 살아있는 별이 있을 수도 있기 때문입니다.
이를 발견할 수 있다면 은하 형성 이론과 항성 진화 이론 연구에서 중요한 단서가 되겠지만, 현실적으로 쉽지는 않을 것입니다. 아무튼 2세대 별이라고 해도 이렇게 오래된 별이 우주에 아직 있다는 것이 놀라운 일이 아닐까 생각합니다.
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