(An image obtained with the Hubble Space Telescope of the planetary nebula M3-1, the central star of which is actually a binary system with one of the shortest orbital periods known. Credit: David Jones / Daniel López – IAC)
국제 천문학자 팀이 죽어가는 별의 잔해에서 역대 가장 짧은 공전 주기를 지닌 쌍성계를 발견했습니다. 허블 우주 망원경을 통해서 관측한 행성상 성운 M3-1 중심에서 예상치 않은 새로운 별이 관측된 것입니다. 행성상 성운은 보통 태양이나 그보다 질량이 조금 큰 별이 마지막 순간에 주변으로 가스를 날려보내면서 형성됩니다. 그런데 우주에는 두 개의 별이 서로의 질량 중심을 공전하는 쌍성계가 흔합니다. 따라서 별이 죽으면서 형성된 백색왜성과 아직 주계열성 단계인 동반성이 쌍성계를 이루는 경우가 있습니다.
그런데 큰개자리 (Canis Major) 방향으로 14,000광년 떨어진 행성상 성운 M3-1는 이런 쌍성계에서 나오는 가스 방출이 관측되었지만, 허블 우주 망원경은 물론 유럽 남방 천문대 (ESO)의 VLT 관측으로도 이 두 개의 별을 구분해서 관측할 수 없었습니다. 대신 밝기 변화를 통해 이 두 별이 불과 3시간 주기로 서로의 주위를 공전한다는 사실을 확인할 수 있었습니다. 연구의 리더인 데이빗 존스 (David Jones of the Instituto Astrofisica de Canarias and the Universidad de La Laguna)에 의하면 이는 행성상 성운 중심 쌍성계 가운데 가장 짧은 공전 주기입니다.
행성상 성운 중심이기 때문에 하나는 백색왜성이고 다른 하나는 주계열성일 가능성이 높은데, 너무 가까운 공전 궤도로 인해 생기는 문제점은 물질 이동이 일어난다는 것입니다. 이 경우 당연히 표면 중력이 높은 백색왜성으로 가스 이동이 일어나 표면에 축적되게 됩니다. 백색왜성의 표면 중력은 매우 높아 만약 수소가 충분히 축적되면 핵융합 반응을 일으킬 수 있습니다. 그러면 밝기가 100만배 이상 밝아지는 신성(nova)이 됩니다.
M3-1 중심 쌍성계는 매우 가까운 거리에 있어 필연적으로 가스 이동이 활발한 상태입니다. 따라서 조만간 신성으로 밝게 빛날 것으로 생각되며 경우에 따라서는 지구에서 육안으로도 관찰이 가능할 수 있습니다. 물론 신성을 연구하는 과학자들에게도 흥미로운 관측 대상입니다. 어쩌면 실시간으로 표면 열핵반응을 관측할 수 있을 것입니다. 폭발을 예약한 쌍성계가 앞으로 어떻게 진화할지도 흥미로운 관전 포인트 가운데 하나일 것입니다.
참고
David Jones et al. The short orbital period binary star at the heart of the planetary nebula M 3-1★, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (2018). DOI: 10.1093/mnrasl/sly142
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