(Star siphons away material from its binary companion and transfers it to its accretion disk. Credit: NASA)
우주에는 태양처럼 혼자 있는 별만큼이나 두 개의 별이 짝을 이룬 쌍성계가 흔합니다. 하지만 이 쌍성계도 영원하진 않습니다. 두 별 가운데 무거운 쪽이 연료 소모가 더 빠르기 때문에 먼저 생을 마감하고 백색왜성이 되면 쌍성계는 분리되거나 혹은 백색왜성이 동반성 가까이 붙어 물질을 흡수하다가 폭발을 일으키는 형태로 진화할 수 있습니다. 경우에 따라서 백색왜성 쌍성계로 진화한 후 물질을 빼앗기도 합니다.
MIT의 엠마 치클스(Emma Chickles)가 이끄는 연구팀은 초소형 백색왜성 쌍성이 극단적으로 짧은 거리에서 물질을 흡수하는 장면을 포착했습니다.
백색왜성은 별의 잔해가 모여 압축된 것입니다. 중심부 핵융합 반응이 멈춘 상태에서는 팽창하는 힘이 없기 때문에 태양만한 질량의 잔해물도 지구보다 약간 더 큰 크기로 압축됩니다. 그 결과 백색왜성의 밀도는 입방 센티미터 당 1톤으로 물의 100만 배에 달합니다. 표면 중력은 지구의 10만 - 35만 배로 탈출 속도는 초속 5,000-20,000km에 달하는 수준입니다.
따라서 일반적으로 백색왜성 표면에서 물질을 잡아당겨 빼앗기는 대단히 어려울 수밖에 없지만, 다른 백색왜성이나 중성자별, 그리고 블랙홀이 가까이에서 중력을 행사한다면 가능할 수 있습니다. 다만 대상이 다른 백색왜성인 경우 아주 가까이 접근해야만 중력을 이겨낼 수 있습니다. 이 경우 공전주기는 10분에 불과할 수 있습니다.
이렇게 가까이 있는 쌍성계를 분석하는 것은 매우 어렵습니다. 이를 분석하기 위해 연구팀은 지난 10년간 다양한 천체 관측을 통해 반복적으로 촬영된 수백만 장의 쌍성 이미지를 분석했습니다. 그리고 정교한 알고리즘을 통해 이전 연구에서는 포착하지 못했던 미세한 밝기 변화까지 파악헸습니다.
그리고 이 변화가 실제로 쌍성계 사이 물질 흡수에 의한 것인지 알기 위해 연구팀은 칠레에 있는 마젤란 망원경에 설치된 프로토-라이트스피드 (proto-Lightspeed)라는 새로운 고속 카메라를 이용해 추가 관측을 시행했습니다. 이를 통해 백색왜성이 다른 백색왜성를 가릴 때 발생하는 빛의 변화를 실시간으로 분석할 수 있습니다.
그 결과 ATLAS J1013−4516라는 쌍성계가 유력한 후보로 떠올랐습니다. 이 둘의 공전주기는 8.5분에 불과했습니다. 이 과정에서 한 별은 다른 별에 의해 적극적으로 파괴되고 있습니다. 그리고 흡수된 물질은 토성과 비슷한 크기의 초고온 강착 원반을 형성합니다. 이 원반의 온도는 태양 표면 온도보다 훨씬 높습니다.
이 쌍성계는 점점 가까이 다가가다가 결국 충돌과 함께 폭발할 것입니다. 그리고 그 과정에서 중력파를 내놓고 있습니다. 연구팀은 2030년대 발사할 우주 중력파 관측기인 LISA(Laser Interferometer Space Antenna)의 유력한 관측 목표가 될 것으로 예상하고 있습니다. 과연 언제 이 쌍성계가 초신성에 도달할지 아니면 다른 방법으로 합체될지는 궁금합니다.
참고
https://phys.org/news/2026-05-extreme-minute-orbit-reveals-white.html
Emma T. Chickles et al, An Eclipsing 8.56 Minutes Orbital Period Mass-transferring Binary, The Astrophysical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-4357/ae4871
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