우주 이야기 1209 - 동반성을 잡아 먹는 블랙 위도우 펄서 발견

(Credit: Pixabay/CC0 Public Domain)

펄서는 빠르게 자전하면서 에너지를 주기적으로 방출하는 중성자별입니다. 때때로 펄서들은 초신성 폭발에서 파괴되지 않은 동반성에서 물질을 흡수하면서 많은 에너지를 방출하기도 합니다. 이렇게 주기적으로 다른 별 주위를 공전하는 펄서 가운데서 역대 가장 짧은 공전 주기를 지닌 것이 발견되었습니다.

MIT의 케빈 버지 (Kevin Burdge, a Pappalardo Postdoctoral Fellow in MIT's Department of Physics)와 그 동료들은 캘리포니아 팔로마 천문대에 설치된 광역 천체 관측 기기인 ZTF (Zwicky Transient Facility)를 ZTF를 이용해 J1406+1222라는 새로운 펄서를 찾아냈습니다.

흥미로운 사실은 이 펄서가 자체적인 공전 이외에도 대략 62분 주기로 밝기 변화를 보인다는 것이었습니다. SDSS (Sloan Digital Sky Survey) 데이터와 유럽 우주국의 가이아 데이터를 포함한 추가 분석 결과 이 펄서에 대해서 매우 흥미로운 사실이 밝혀졌습니다.

사실 이 펄서는 3중 성계로 62분 주기로 공전하는 펄서가 아직 살아있는 동반성에 꼭 붙어 물질을 흡수하고 있고 다시 1만년을 주기로 이 쌍성계를 공전하는 제3의 별이 존재하는 독특한 구조를 지니고 있습니다. 이 중성자별이 사실상 동반성에 너무 가까이 붙어 물질을 빠르게 흡수하면서 잡아먹기 때문에 과학자들은 수컷을 잡아먹는 암컷 거미에 빗대어 이를 블랙 위도우 쌍성계 (black widow binary)라고 부르고 있습니다.

아마도 이 정도가 중성자별 쌍성계가 가능한 가장 짧은 공전 주기일 것입니다. 이보다 더 공전 주기가 짧은 경우 순식간에 하나로 합쳐지면서 블랙홀로 붕괴될 가능성이 높습니다. 물론 J1406+1222의 운명 역시 불안정합니다. 너무 많은 물질을 흡수할 경우 동반성은 초신성으로 폭발하는 대신 좀 더 조용한 최후를 맞이하겠지만, 이 펄서 자체는 임계 질량을 넘으면 블랙홀로 붕괴될 수 있습니다. 앞으로 운명이 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2022-05-astronomers-rare-black-widow-binary.html

Kevin Burdge, A 62-minute orbital period black widow binary in a wide hierarchical triple, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04551-1. www.nature.com/articles/s41586-022-04551-1

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