우주 이야기 636 - 다른 별 때문에 망가진 쌍성계

(This three-frame illustration shows how a grouping of stars can break apart, flinging the members into space. Panel 1: members of a multiple-star system orbiting each other. Panel 2: two of the stars move closer together in their orbits. Panel 3: the closely orbiting stars eventually either merge or form a tight binary. This event releases enough gravitational energy to propel all of the stars in the system outward, as shown in the third panel.

Credits: NASA, ESA, and Z. Levy (STScI))​

(The image by NASA's Hubble Space Telescope shows a grouping of young stars, called the Trapezium Cluster (center). The box just above the Trapezium Cluster outlines the location of the three stars. A close-up of the stars is top right. The birthplace of the multi-star system is marked "initial position." Two of the stars — labeled BN, and "I," for source I — were discovered decades ago. Source I is embedded in thick dust and cannot be seen. The third star, "x," for source x, was recently discovered to have moved noticeably between 1998 and 2015, as shown in the inset image at bottom right.

Credits: NASA, ESA, K. Luhman (Penn State University), and M. Robberto (STScI))

 우주에는 태양처럼 혼자서 존재하는 별도 많지만, 두 개 이상의 별이 모인 다중성계(multiple system) 역시 흔합니다. 태양계에서 가장 가까운 알파 센타우리 역시 쌍성계 주변에 적색왜성인 프록시마가 공전하는 형태의 삼성계입니다.

 최근 천문학자들 허블 우주 망원경 관측 데이터를 이용해서 오리온 성운에서 서로 반대 방향으로 빠른 속도로 이동하는 두 별을 발견했습니다. 이 별의 이동 방향과 속도를 고려하면 540년 전 두 별이 서로 같은 장소에 있었을 가능성이 큽니다.

 펜실베니아 주립대의 케빈 루만 (Kevin Luhman of Penn State University in University Park, Pennsylvania)을 비롯한 천문학자들은 허블 우주 망원경과 다른 망원경 데이터를 이용해서 이 별들이 과거에 만났던 지점에서 세 번째 별을 발견한 후 이들의 과거를 재구성했습니다.

 지구에서 1300광년 떨어진 오리온 성운의 중심부에 있는 Kleinmann-Low Nebula에는 여러 개의 젊은 별이 존재합니다. 여기에 있는 쌍성계에 어느날 두 개의 별이 반대 방향에서 접근했습니다. 이로 인해 본래 있던 쌍성계는 중력 간섭에 의해 흩어져 서로 반대 방향으로 빠른 속도로 이동하게 되었고 가운데에는 아주 근접한 거리를 도는 쌍성 내지는 이들이 합쳐진 하나의 별이 형성된 것으로 보입니다.

 연구팀은 1998년 허블 망원경 이미지와 다른 망원경에 찍힌 1967년 및 1995년 사진을 분석해서 이와 같은 결론을 얻었습니다. 각각의 속도는 시속 13만, 6만, 2.2만 마일에 달하지만, 과거에는 한 장소에 있었던 별이었다는 것이죠.

 별의 충돌은 우주에서 흔하게 발생하는 일은 아닐 것입니다. 하지만 별이 충분히 접근하면 그 중력에 의해 상대의 이동 속도와 방향을 바꾸는 일은 생각보다 흔할지 모릅니다. 때때로 쌍성계를 파괴시킬 만큼 큰 변화를 수반할 수도 있습니다. 반대로 본래는 따로 움직이던 두 개의 별이 하나의 쌍성계를 이루는 일도 발생할 수 있습니다.

 실제로 알파 센타우리의 경우 본래 쌍성계인데, 주변을 지나던 적색왜성인 프록시마를 중력에 의해 잡은 것으로 생각되고 있습니다. 어쩌면 먼 미래에는 태양 역시 다른 별과 근접해서 쌍성계를 이룰지도 모르는 일입니다.

 참고

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/hubble-discovery-of-runaway-star-yields-clues-to-breakup-of-multiple-star-system