우주 이야기 1390 - 초신성 SN 1987A는 중성자별을 남겼다.

 (Combination of a Hubble Space Telescope image of SN 1987A and the compact argon source. The faint blue source in the centre is the emission from the compact source detected with the JWST/NIRSpec instrument. Outside this is the stellar debris, containing most of the mass, expanding at thousands of km/second. The inner bright "string of pearls" is the gas from the outer layers of the star that was expelled about 20,000 years before the final explosion. The is the fast debris are now colliding with the ring, explaining the bright spots. Outside of the inner ring are two outer rings, presumably produced by the same process as formed the inner ring. The bright stars to the left and right of the inner ring are unrelated to the supernova. Credit: Hubble Space Telescope WFPC-3/James Webb Space Telescope NIRSpec/J. Larsson)

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초신성 SN 1987A는 이름처럼 1987년 2월 23일 대마젤란 은하에서 폭발한 초신성으로 폭발 직전에 지구에서 뉴트리노 (Neutrinos)가 포착된 최초의 초신성일 뿐 아니라 1604년 케플러의 초신성 이후로 지구에서 가장 가까운 위치에서 폭발해 과학자들의 집중적인 관측 목표가 되었습니다.

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초신성은 태양 질량의 8-10배 되는 무거운 별이 폭발하면서 최후를 맞이하는 과정입니다. 이 과정은 지구나 생명체를 만드는데 필요한 원소를 공급하는 중요한 과정일 뿐 아니라 중성자별과 항성 질량 블랙홀을 남기기 때문에 과학적으로 큰 의미가 있습니다.

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SN 1987A는 중성자별을 남겼을 것으로 생각하지만, 아직도 논쟁의 여지는 남아 있습니. 지구에서 가깝다고는 해도 16.8만 광년이나 떨어져 있는데다, 아직 주변에 폭발 잔해가 흩어지지 않고 남아 있어 두꺼운 가스와 먼지를 뚫고 겨우 도시 크기에 불과한 중성자별을 관측하기가 어렵기 때문입니다.

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유니버시티 칼리지 런던의 마이크 바로우 교수 UCL's (University College London's) Professor Mike Barlow 가 이끄는 국제 과학자팀은 제임스 웹 우주 망원경의 MIRI 및 NIRSpec으로 SN 1987A의 잔해를 적외선 영역에서 관측했습니다.

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연구팀은 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능을 통해 무거운 아르곤 및 황 원자의 존재를 확인했습니다. 이렇게 무거운 원소를 이온화시킬 수 있는 것은 중앙에 숨어 있는 중성자별일 가능성이 높습니다.

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초신성 폭발 직후 중성자별의 표면은 섭씨 1000억도에 달하지만, 30년이 넘는 시간이 흐르면서 이제는 100만도 정도로 내려갔습니다. 하지만 여전히 엄청나게 뜨거운 복사 에너지가 주변의 무거운 원소들을 이온화시키고 있습니다.

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현재 SN 1987A의 잔해는 초당 10000km의 속도로 팽창하고 있기 때문에 이렇게 이온화된 황과 아르곤 원자는 중심부에서만 발견됩니다. 초신성 잔해의 두꺼운 가스와 먼지를 뚫고 이를 확인한 것은 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능이 아니라면 불가능했을 것입니다.

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세월이 지나면 SN 1987A 주변의 잔해들은 다 흩어지고 중심부의 중성자별은 펄서의 형태로 진화할 수 있습니다. 과학자들은 지구에서 비교적 가까운 위치에서 폭발한 초신성 덕분에 초신성 폭발부터의 모든 과정을 생생하게 관찰할 수 있습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-02-astronomers-strong-evidence-neutron-star.html

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C. Fransson, Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adj5796. www.science.org/doi/10.1126/science.adj5796

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