우주 이야기 1229 - 빠르게 움직이면서 복잡한 충격파를 만드는 땅꾼자리 제타 별

 (A multi-wavelength view of Zeta Ophiuchi. Credit: X-ray: NASA/CXC/Dublin Inst. Advanced Studies/S. Green et al.; Infrared: NASA/JPL/Spitzer)

 (A simulated shock wave of Zeta Ophiuchi. Credit: Green, et al)

 땅꾼자리 제타 Zeta Ophiuchi는 아름다운 사진 덕분에 잘 알려진 별입니다. 이 별은 태양 질량의 20배에 달하는 무거운 별이지만, 매우 빠른 속도로 이동하면서 주변 가스와 충돌하고 있습니다. 그 결과 사진처럼 독특한 충격파를 만들고 있습니다.

 물론 여기에는 나름의 사연이 있습니다. 본래 땅꾼자리 제타는 더 무거운 동반성과 함께 공전하던 평범한 무거운 별이었습니다. 하지만 100만 년 전쯤 동반성이 초신성 폭발과 함께 사라지면서 남은 땅꾼자리 제타는 빠른 속도로 튕겨 나가는 신세가 됐습니다. 하지만 아무것도 없는 우주 공간으로 나간 것이 아니라 이미 동반성에서 나온 가스와 충돌해 거대한 충격파를 만들게 된 것입니다. 

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 과학자들은 이 충격파를 여러 파장에서 관측했지만, 그 구체적인 형태나 구조를 이해하는 데 어려움을 겪었습니다. 우리가 보기에는 단순한 주름 같지만 실제 3차원적 구조는 매우 복잡하기 때문입니다. 

 아일랜드의 더블린 고등 연구소 (Dublin Institute for Advanced Studies)의 새무엘 그린 (Samuel Green)이 이끄는 연구팀은 땅꾼자리 제타의 충격파에 대한 모델을 만들고 이를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 검증했습니다. 가시광, 적외선, X 선 이미지 관측 결과와 가장 부합하는 모델 세 가지를 만들었으나 사실 X선 영역에서는 예상보다 덜 밝게 나타났습니다. 완전히 관측과 부합되는 모델은 만들기 어려운 셈입니다. 

 기체의 자기장을 연구하는 자기 유체 역학 (Magnetohydrodynamics)은 이런 복잡한 충격파와 가스 성운의 상태를 파악하는데 유용해 천문학자들의 관심을 모으고 있습니다. 하지만 최신 이론과 시뮬레이션을 동원해도 복잡한 자기장과 유체의 모습을 재현하기가 어려운 게 사실입니다. 

 우리가 보는 것은 아름다운 천체 사진이지만, 실제로 이를 분석해야 하는천문학자들에게는 만만치 않은 연구 과제일 것입니다. 

 참고 

 https://phys.org/news/2022-07-fast-moving-star-colliding-interstellar-gas.html

 S. Green et al, Thermal emission from bow shocks. II. 3D magnetohydrodynamic models of zeta Ophiuchi, Astronomy & Astrophysics (2022). DOI: 10.1051/0004-6361/202243531