(16 arcsec × 16 arcsec GTC/OSIRIS Sloan r′ (left) and i′-band (right) images of the J0740 field. The images are smoothed with the Gaussian kernel of 3 pixels, compatible with the seeing value. The white circle shows the 3σ pulsar position uncertainty of ≈ 0.24 arcsec, which accounts for the optical astrometric referencing errors and the radio timing position uncertainties, corrected for the proper motion. The region of 2.3 × 2.3 arcsec within the black box in the right panel is enlarged and shown in the inset at the right-top corner of the image. The solid and dashed circles are 1σ position uncertainties of the pulsar and its possible binary companion, respectively. Image credit: Beronya et al., 2019)
백색왜성은 태양 같은 별이 마지막에 남긴 흔적입니다. 별에 중심부에 있던 산소와 탄소가 뭉쳐 형성되는데, 좁은 공간에 많은 질량이 몰려 있어 표면 중력이 매우 강합니다. 따라서 수만도의 높은 온도에도 대기를 지닐 수 있습니다. 과학자들은 헬륨이나 수소로 된 대기를 지닌 백색 왜성을 관측해왔습니다.
그런데 흥미롭게도 역시 별이 남은 잔해인 중성자별 주변에도 헬륨 대기를 지닌 백색왜성이 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 지름 10.4m 주경의 카나리아 거대 망원경 (Gran Telescopio Canarias (GTC))에 설치된 Optical System for Imaging and low Resolution Integrated Spectroscopy (OSIRIS)을 통해서 다리아 베론야 (Daria Beronya of Ioffe Physical-Technical Institute in Saint Petersburg)와 그의 동료들은 밀리세컨드 펄서인 PSR J0740+6620의 동반 백색왜성을 관측했습니다.
많은 중성자별이 동반성을 지니고 있는데, 종종 백색왜성인 경우가 많습니다. 쌍성계의 경우 질량이 큰 쪽이 초신성 폭발로 최후를 맞이한 후 중성자별이 되고 나중에 동반성도 백색왜성이 되어 영원한 동반자가 되는 것이죠. 그런데 PSR J0740+6620 쌍성계는 매우 오래된 동반자로 백색왜성의 표면 온도가 3500K에 불과했습니다. 이는 이 백색왜성이 적어도 50억년 이상 되어 표면 온도가 많이 내려갔다는 의미입니다.
이번 연구에서는 이 백색왜성이 적어도 태양 질량의 0.2배 정도이며 순수한 헬륨 대기를 지니고 있다는 점이 밝혀졌습니다. 사실 백색왜성이나 중성자별 모두 질량에 비해 매우 작은 천체이기 때문에 관측이 쉽지 않지만, 최신의 관측 기술을 동원해 그 정체를 확인할 수 있었습니다. 다만 연구팀은 워낙 작은 크기로 동반성이 백색왜성이 아닐 가능성도 있어 추가 연구가 필요하다고 덧붙였습니다.
아무튼 우주에는 상상하기 어려운 독특한 쌍성계들이 여럿 존재하는 것 같습니다.
참고
D. M. Beronya et al. The ultracool helium-atmosphere white dwarf companion of PSR J0740+6620? arXiv:1902.11150 [astro-ph.SR]. arxiv.org/abs/1902.11150
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