(This zoom into VY Canis Majoris is a combination of Hubble imaging and an artist's impression. The left panel is a multicolor Hubble image of the huge nebula of material cast off by the hypergiant star. This nebula is approximately a trillion miles across. The middle panel is a close-up Hubble view of the region around the star. This image reveals close-in knots, arcs, and filaments of material ejected from the star as it goes through its violent process of casting off material into space. VY Canis Majoris is not seen in this view, but the tiny red square marks the location of the hypergiant, and represents the diameter of the solar system out to the orbit of Neptune, which is 5.5 billion miles across. The final panel is an artist's impression of the hypergiant star with vast convection cells and undergoing violent ejections. VY Canis Majoris is so large that if it replaced the Sun, the star would extend for hundreds of millions of miles, to between the orbits of Jupiter and Saturn. Credit: NASA, ESA, and R. Humphreys (University of Minnesota), and J. Olmsted (STScI))
우주에서 가장 큰 별 중 하나인 큰개자리 VY (VY Canis Majoris)는 사실 지난 몇 년 간 그 밝기가 갑자기 감소했습니다. 본래 장주기 변광성으로 겉보기 밝기가 956일을 주기로 6.5에서 9.6등급으로 변하는데, 최근 관측에서는 더 긴 주기의 밝기 변화도 일어난다는 사실이 알려졌습니다.
미네소타 대학의 로베르타 험프리(Roberta Humphreys of the University of Minnesota)와 그녀의 동료들은 허블 우주 망원경 관측 데이터를 이용해서 그 원인을 더 상세히 조사했습니다. 사실 마지막을 앞두고 크게 부풀어 오른 적색거성은 매우 불안정한 별이기 때문에 밝기 변화가 드물지 않게 일어납니다.
크기는 작지만 지구에서 더 가까운 베텔게우스 (Betelgeuse) 관측을 통해 과학자들은 별 주변으로 방출한 막대한 양의 가스가 그 원인 중 하나라는 사실을 확인했습니다. 이미 별에서 나간 가스가 별 주변을 공전하면서 별의 일부를 주기적으로 가리는 것입니다.
연구팀은 허블 망원경 관측 결과를 토대로 훨씬 큰 별인 큰개자리 VY의 주변 구조가 생각보다 더 복잡하다는 사실을 발견했습니다. 이 별의 지름은 태양의 1420배 정도로 추정되는데, 주변으로 강력한 항성풍을 내뿜어 거대한 성운을 형성하고 있는 상태라 사실 정확한 크기 추정도 어려운 상태입니다. 그러나 태양 지름의 1000-2000배에 달하는 크기라는 점은 분명합니다. 지름이 1000배라면 부피는 10억배이기 때문에 얼마나 크게 부풀어 오른 상태인지 쉽게 짐작할 수 있습니다.
질량의 태양의 30배를 넘지 않는데 이렇게 크게 부풀어 올랐다면 밀도가 매우 희박할 수밖에 없습니다. 적색거성들은 대부분 지구 대기보다도 밀도가 매우 낮아 뜨거운 진공 상태로 불립니다. 그런 만큼 상당히 불안정해서 표면에서 많은 가스를 잃어버릴 수밖에 없습니다. 큰개자리 VY 역시 태양계의 토성 궤도까지 별이 부풀어 올라 외부 가스를 잃어버릴 수밖에 없는 상태입니다.
연구팀은 허블 우주 망원경 이미지를 토대로 매우 최근에 발생한 거대한 가스 구름을 큰개자리 VY에서 발견했습니다. 이전 연구를 통해 100-200년 이내 생성된 가스는 알려져 있었으나 연구팀은 이번 연구에서 생성된지 100년 이내의 가스 매듭을 발견했습니다. 이 가스의 질량은 목성의 두 배 정도로 이로 인해 한 때 큰개자리 VY의 밝기가 큰 폭으로 감소했던 것으로 보입니다.
큰개자리 VY 같은 초거성은 우주에서 매우 드문 존재입니다. 이들은 태양 질량의 30배 - 100배의 질량으로 태어나 수백만년 만에 중심부 연료를 소진한 후 초거성으로 진화합니다. 그리고 마지막에는 초신성으로 최후를 맞이합니다. 그런데 이 과정에서 무거운 원소를 대량으로 생성하기 때문에 초거성은 드물지만 중요한 존재입니다. 이들이 없었다면 지구도 우리도 없었을 것입니다.
과학자들은 계속해서 지구에서 가까운 초거성을 연구해 이들의 진화와 최후를 더 상세히 알아낼 것입니다.
참고
Roberta M. Humphreys et al. The Mass-loss History of the Red Hypergiant VY CMa, The Astronomical Journal (2021). DOI: 10.3847/1538-3881/abd316
https://phys.org/news/2021-03-hubble-mystery-monster-star-dimming.html
https://en.wikipedia.org/wiki/VY_Canis_Majoris
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