(Artist's impression of the discovered massive binary system consisting of a stripped star in the background and a Be star in the foreground. Although the stripped star appears bigger, it only has 3 solar masses left after its envelope has been stripped off. The star in the foreground has gained a lot of mass and is now rapidly spinning, resulting in an oblate shape and a surrounding disk. Credit: Elisa Schösser / PhD student in the group of Dr. Ramachandran and Dr. Sander)
(Schematic illustration of the evolution of the newly discovered massive binary system towards a double neutron star merger event. A stripped-envelope supernova happens in between followed by a Be X-ray binary. Credit: Varsha Ramachandran, ZAH/ARI)
우주에는 별난 사연을 지닌 별이 하나 둘이 아닙니다. 가벼운 초거성 (light supergiant)으로 불리는 외부 가스층을 잃어버린 거성도 그런 경우입니다. 하이델베르크 대학 천문학 센터의 바샤 라마찬드란 박사 (Dr. Varsha Ramachandran from the Center for Astronomy of Heidelberg University (ZAH))는 이들의 독특한 진화 과정을 연구했습니다.
연구팀은 유럽 남방 천문대의 대형 망원경인 VLT를 이용해 소마젤란 은하에 있는 벗겨진 중간 질량 별(intermediate-mass stripped stars)을 관측했습니다. 이 별은 과거에는 한 개의 뜨겁고 밝은 별로 분류되었으나 연구팀은 이 별이 사실은 쌍성계라는 사실을 확인했습니다.
연구팀이 추정한 이 쌍성계의 진화 단계는 이렇습니다. 우선 매우 무겁고 밝은 별이 그보다 조금 작은 Be과 함께 동반성을 이루고 있으면서 외부의 가스를 강력한 항성풍으로 내뿜게 됩니다. 그러면 더 뜨거운 내부 층이 드러납니다.
이는 울프 레이예 별과 비슷하지만, 동반성의 중력에 의해 더 많은 가스가 빠져나가 중간 질량 별이 된다는 점이 다릅니다. 다만 이 경우에도 약간의 수소가 표면에 남아 일부만 벗겨진다는 특징이 있습니다. 따라서 일반적인 초거성과 구분이 쉽지 않습니다.
아무튼 헬륨부터 더 무거운 원소들을 핵융합 연료로 소진하고 나면 이 별은 초신성 폭발과 함께 사라지고 가운데는 중성자별만 남게 됩니다. 그러면 이제 두 별의 역할이 서로 바뀌게 됩니다. 이제는 중성자별에 Be 동반성에서 물질을 흡수하기 때문입니다.
마지막 단계에서 결국 동반성도 초신성 폭발과 함께 사라지는데, 쌍성계가 두 번의 초신성 폭발을 견디고 살아남으면 마지막 단계에서 중성자별 쌍성계가 되어 둘로 합쳐지는 운명을 겪을 수도 있습니다. 두번의 초신성 폭발을 견디고 합쳐지면 정말 운명이라고 불러야 할지 않을까 생각해 봅니다.
참고
https://phys.org/news/2023-07-supergiant-reveals-evolutionary-stage.html
V. Ramachandran et al, A partially stripped massive star in a Be binary at low metallicity, Astronomy & Astrophysics (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202346818
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