우주 이야기 1242 - 51분 주기로 공전하는 격동 변광성 쌍성계

(Credit: Pixabay/CC0 Public Domain)

MIT의 천문학자들이 역대 가장 짧은 주기인 51분을 주기로 공전하는 쌍성계를 발견했습니다. 이 쌍성계가 인공위성보다 짧은 공전주기를 지닌데는 그럴만한 이유가 있습니다. 하나는 많은 물질을 빼앗겨 질량이 태양의 1/10에 불과하고 나머지 하나는 백색왜성이기 때문입니다.

연구팀은 캘리포니아 팔로마 천문대에 설치된 Zwicky Transient Facility (ZTF)로 얻은 10억 개의 별의 밝기 변화 데이터에서 흥미로운 천체를 분석했습니다. 그 가운데 ZTF J1813+4251가 백색왜성과 별이 매우 타이트하게 묶인 격동 변광성 (cataclysmic variable)에 속한다는 증거를 발견하고 연구를 진행했습니다.

연구 결과 이 쌍성계는 태양 질량의 절반 정도 되는 백색왜성이 51분 주기로 공전하면서 태양 질량의 1/10에 불과한 작은 별의 물질을 빼앗는 구조였습니다. 질량이 작은 동반성은 가까운 백색왜성보다 표면 중력이 약해 계속 물질을 빼앗기게 됩니다. 따라서 점점 수소층이 작아지고 밀도가 높은 헬륨 코어만 남게 됩니다.

앞으로 수억 년에 걸쳐 수소층을 모두 빼앗긴 동반성은 다시 7000만년에 걸쳐 더 가까워져 공전 주기가 18분에 지나지 않을 만큼 가까워지게 됩니다. 일반적인 별이라면 하나로 합쳐질 수밖에 없지만, 매우 작은 백색왜성과 핵만 남은 동반성이기 때문에 장시간 존속할 것으로 보입니다.

아마도 이 쌍성계는 더 질량이 큰 쪽이 백색왜성으로 최후를 마친 후 적색왜성인 동반성과 공전하는 상태였을 것입니다. 거리만 적당하면 적색왜성의 수명이 극단적으로 길기 때문에 그 상태로 거의 영원했을 것입니다. 하지만 너무 가까운 거리를 공전하면서 흡수되진 않고 백색왜성이 수억 년에 걸쳐 동반성을 조금씩 벗겨 먹는 형태가 된 것으로 보입니다. 이 둘은 너무 가까이 하지 말았어야 하는 반려였던 셈입니다.

참고

https://phys.org/news/2022-10-astronomers-cataclysmic-pair-stars-shortest.html

Kevin Burdge, A dense 0.1-solar-mass star in a 51-minute-orbital-period eclipsing binary, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05195-x. www.nature.com/articles/s41586-022-05195-x

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