우주 이야기 1160 - 역대 가장 빠른 속도로 자전하는 백색왜성

(Artist's impression credit: University of Warwick/Mark Garlick)

영국 쉐필드 대학과 워릭 대학 (Universities of Sheffield and Warwick)의 천문학자들이 자전 주기가 25초 밖에 되지 않는 백색왜성을 발견했습니다. LAMOST J024048.51+195226.9는 지구만한 크기에 질량은 20만배 정도 되는 백색왜성으로 그림처럼 아직 죽지 않은 동반성 주위를 공전하면서 많은 물질을 플라스마 형태로 흡수하고 있습니다.

이렇게 많은 물질이 흡수되는 과정에서 백색왜성의 자전 속도는 점점 빨라지게 되고 이로 인해 주변에 강력한 자기장이 형성되면서 자기 프로펠러 (magnetic propeller) 시스템이 만들어집니다. 보통은 백색왜성보다 질량과 중력이 강한 중성자별에서 펄서가 형성되는 방식이지만, 드물게 백색왜성에서도 볼 수 있습니다. LAMOST J024048.51+195226.9는 거의 70년 만에 발견된 자기 프로펠러 백색왜성이면서 기존 기록인 29초를 20% 더 단축한 25초 공전 주기 백색왜성이라는 점에서 관심을 끌고 있습니다.

중성자별보다 희미한 백색왜성의 공전 주기를 측정한 원리는 다음과 같습니다. 이 백색왜성은 강력한 자기장을 지녔기 때문에 흡수하는 물질을 막는 자기장 보호막으로 작용해 일부 물질들이 백색왜성으로 들어가지 못하고 주변 자기장을 따라 움직이면서 양 자기축으로 이동합니다. 자전축과 공전축이 서로 조금씩 다르기 때문에 이 물질들이 내는 빛을 관측하면 공전 주기를 알 수 있습니다.

다만 자전축에서 나오는 빛은 매우 어둡기 때문에 강한 빛을 내는 동반성 주변에서 이를 관측하기는 쉽지 않습니다. 이번 관측이 가능했던 이유는 10.4m 구경의 Gran Telescopio Canarias (GTC) 망원경에 설치된 HiPERCAM 장비 덕분입니다. 매우 빠른 속도로 다양한 파장의 빛의 변화를 측정할 수 있기 때문에 이런 드문 천체도 관측할 수 있습니다.

LAMOST J024048.51+195226.9는 아마도 우주에서 가장 빠른 속도로 자전하는 백색왜성 중 하나일 것입니다. 훨씬 단단하게 결합된 거대한 원자핵 같은 중성자별은 밀리 세컨드 단위로도 자전할 수 있지만, 백색왜성이 그렇게 빠른 속도로 자전하면 파괴될 가능성이 높습니다. 현실에서 백색왜성의 자전 속도 한계가 얼마나 될지도 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2021-11-high-speed-propeller-star-fastest-white.html

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