우주 이야기 1389 - 소행성을 잡아먹은 백색왜성

(This artist's impression shows the magnetic white dwarf WD 0816-310, where astronomers have found a scar imprinted on its surface as a result of having ingested planetary debris. Credit: ESO/L. Calçada)

태양 같은 별의 최후는 결국 모든 가스를 잃고 남은 핵융합 연소 결과물인 산소와 탄소가 모여 백색왜성을 이루는 것입니다. 그리고 그 과정에서 가까운 행성과 소행성들이 별에 흡수되어 사라지게 됩니다. 과학자들은 백색왜성에 대기를 연구해 흡수된 행성의 흔적을 찾아 냈습니다.

영국 북아일랜드의 아마 천문대의 스테파노 바그눌로 (Stefano Bagnulo, an astronomer at Armagh Observatory and Planetarium in Northern Ireland, UK)가 이끄는 연구팀은 유럽 남방 천문대 (ESO)의 VLT를 이용해 백색왜성이 소행성을 집어 삼킨 증거를 발견했습니다.

연구팀은 백색왜성 WD 0816-310의 표면에서 무거운 금속 원소의 분포를 연구했습니다. 기본적으로 백색왜성은 산소와 탄소 원자가 주를 이루고 가벼운 헬륨과 수소가 상층 대기에 분포합니다. 따라서 만약 여기서 무거운 금속 원소를 발견했다면 행성이나 소행성을 흡수한 증거로 볼 수 있습니다.

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그런데 백색왜성 WD 0816-310의 표면에서는 예상치 못한 독특한 현상이 관찰되었습니다. 아마도 소행성 베스타와 비슷한 지름 500km 정도나 그보다 좀 더 큰 소행성이 파괴되어 백색왜성에 흡수된 것 같은 금속 성분이 검출되었는데, 이것이 균등하게 분포하지 않았던 것입니다.

백색왜성 자체는 지구와 비슷하거나 약간 큰 크기이지만, 표면은 매우 뜨겁고 균일한 것으로 여겨졌습니다. 조그마한 언덕이라도 엄청난 질량과 중력에 의한 무게로 인해 견딜 수 없기 때문입니다. 그럼에도 균일하지 않은 흉터 (scar) 같은 형태가 된 이유는 강력한 자기장 때문으로 해석되고 있습니다. 강력한 자기장에 금속 성분이 끌려 오로라처럼 극지방에 집중적으로 분포하는 것입니다. 이런 형태의 물질 분포는 백색왜성에서 처음 보는 것입니다.

백색왜성은 질량은 항성급인데, 지름은 행성급이기 때문에 표면 중력이 지구의 10만 배 정도입니다. 그런 중력도 이기는 강력한 자기장을 지닌 백색왜성이 있다는 사실이 놀랍습니다.

참고

https://phys.org/news/2024-02-metal-scar-cannibal-star.html

Discovery of magnetically guided metal accretion onto a polluted white dwarf, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad2619

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