우주 이야기 1516 - 펄서와 쌍성계를 이룬 헬륨 별

(Optical and infrared images around PSR J1928+1815. Credit: Science (2025). DOI: 10.1126/science.ado0769)

펄서는 빠른 속도로 회전하면서 에너지를 방출하는 중성자별로 이 가운데서도 자전 속도가 초당 수백회애 달해 밀리세컨드 단위로 신호가 포착되는 중성자별을 밀리세컨드 펄서라고 부릅니다. 보통 같으면 원심력으로 분해될 상황이지만, 중성자별의 강력한 중력으로 안정적으로 형태를 유지할 수 있는 것입니다.

펄서 자체도 극단적인 천체라고 할 수 있지만, 중국 과학자들은 최근 더 극단적인 형태의 천체를 발견했습니다. 펄서의 동반성 가운데 헬륨으로 구성된 천체를 포착한 것입니다.

연구팀은 2020년에 발견한 펄서 쌍성계를 500미터 구면 전파망원경 (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)를 이용해 4년간 관측해 중성자별과 아직 살아 있는 동반성이 평범한 별이 아니라는 사실을 확인했습니다.

연구팀에 따르면 이 동반성의 질량은 태양의 1-1.6배 정도로 대부분 헬륨으로 이뤄져 있습니다. 그 이유는 너무 가까이에서 공전하는 펄서 때문입니다. 둘 사이의 거리는 태양 - 수성 거리의 1/50에 불과해 공전 주기도 3.6시간 정도입니다. 결국 너무 가까운 거리에서 강력한 에너지를 뿜어 내는 펄서 때문에 수소층을 다 잃어 현재의 상태가 된 것으로 보입니다.

헬륨만 남은 상태에서도 산소와 탄소 같은 더 무거운 원소로 바꾸면소 핵융합이 가능하기 때문에 동반성은 당분간 버틸 수 있습니다. 하지만 그 이상 무거운 원소로 핵융합하기에는 질량이

너무 작기 때문에 결국 먼 미래에 헬륨 연료까지 고갈되면 백색왜성으로 남게 될 것입니다.

아무튼 헬륨 별이라는 상식을 깨는 별이 실존한다는 사실이 놀랍습니다.

참고

https://phys.org/news/2025-05-binary-star-millisecond-pulsar-helium.html

Z. L. Yang et al, A pulsar-helium star compact binary system formed by common envelope evolution, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ado0769. www.science.org/doi/10.1126/science.ado0769

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