(Artist's impression of the Yellow Hypergiant star Rho Cassiopeiae around which gas shells form due to recurring outbursts observed in the last 130 years. Credit: Alex Lobel)
(This is the image or rho Cas, imaged by the CHARA Array in H-band. Credit: Anugu et al. 2024, https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad6b2b )
태양 질량의 수십 배에 달하는 초거성들은 짧고 격렬한 삶을 끝마치고 초신성으로 화려하게 최후를 장식합니다. 물론 이들은 드문 존재지만, 이때 무거운 원소를 대량으로 배출하기 때문에 사실 중요한 존재이기도 합니다. 우리 몸을 이루는 원소나 지구에 있는 원소 중 상당수가 바로 이때 생성된 것입니다.
그런데 사실 초거성이 초신성 폭발보다 더 이른 시점에 주변으로 물질을 뿜어냅니다. 마지막 단계에서 초거성은 태양 지름의 수백배로 부풀어오르면서 표면 온도가 떨어져 황색 초거성 (yellow hypergiant) 단계에 이르는 데, 이때 별이 극도로 불안정해면서 주기적인 폭발과 표면 물질 분출을 일으키는 것입니다. 과학자들은 이 과정을 상세히 연구해왔습니다.
벨기에 왕립 천문대의 알렉스 로벨 (Alex Lobel from the Royal Observatory of Belgium (ROB))이 이끄는 국제 과학자팀은 138년에 걸친 천문 관측 기록을 토대로 카시오페아 자리 로 (Rho Cassiopeiae)와 두 개의 황색 초거성 HR 8752, HR 5171A의 주기적인 분출 (outburst)를 조사했습니다.
카시오페아 자리 로는 지구에서 8150광년 정도 떨어진 황색 초거성으로 태양 질량의 40배 정도 되는 질량과 태양 지름의 564-700배 정도 되는 지름을 가지고 있습니다. 태양계 내행성을 모두 집어 삼킬 수 있는 부피를 지닌 셈입니다. 다만 이렇게 크게 부풀어 올랐기 때문에 표면 온도는 오히려 낮아져 섭씨 4500-7500도 정도이며 이로 인해 태양처럼 황색으로 보입니다. 그러나 이것 역시 표면 위치에 따라 큰 편차가 있으며 별 자체가 불안정한 상황입니다.
카시오페아 자리 로는 밝기가 태양의 수십만 배에 달해 오래 전부터 관측 자료가 있습니다. 연구팀은 1885년부터 2023년까지 138년에 걸쳐 카시오페아 자리 로가 10년, 41년, 40년, 14년, 13년 주기로 분출을 일으키면서 외부로 물질을 방출했다는 사실을 확인했습니다.
(A one minute video clip (animation) about the Yellow Hypergiant Rho Cassiopeiae. Credit: Alex Lobel (shared under a CC BY—NC-SA 4.0 International license))
연구팀은 관측기간이 짧긴 하지만 다른 두 초거성에서도 비슷한 주기의 분출이 일어난다는 증거를 발견했습니다. 이와 같이 수십년 주기로 물질을 분출하면서 우주 공간에 뿌리기 때문에 초신성 폭발 과정에서 많은 물질이 중성자별이나 블랙홀로 흡수되어 사라지지 않고 계속 순환할 수 있게 되는 것입니다.
우리의 일상과 별 상관이 없어 보이는 현상이지만, 사실 이런 작용이 없었다면 지구 같은 행성도 인간 같은 생물도 존재할 수 없었다는 사실이 흥미롭습니다.
참고
https://phys.org/news/2025-02-rho-cas-kin-insights-mysterious.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Rho_Cassiopeiae
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