(Computer simulation of a red giant star near the end of its life. Color shading shows density, with white showing the high-density stellar core, and dim orange showing the stellar wind. The plume of material to the bottom right is a mass ejection event that imparts a kick to the star. Credit: Bernd Freytag, Uppsala University)
태양 같은 별들은 나이가 들면서 팽창하여 적색 거성이 됩니다. 이때는 지금보다 크기가 수백배 팽창해서 거대해지지민, 이 시기기 오래 가지는 못합니다. 결국 팽창하는 바깥쪽 질량은 점차 우주로 빠져나가고, 남은 핵은 수축하여 백색 왜성이 됩니다. 하지만 이 일반적인 별의 노화와 죽음에 대해 사실 아직 잘 모르는 내용들이 많습니다.
캘리포니아 공과대학의 이론 천체물리학 교수인 짐 풀러 (Caltech's Jim Fuller, professor of theoretical astrophysics)는 새로운 태양과 같은 별들이 죽음을 앞두고 움직인다는 새로운 모델을 제시했습니다.
이 모델에서는 부풀어 오른 별 표면에서 물질 덩어리가 무작위적 방향으로 무질서하게 방출됩니다. 이렇게 물질이 방출되는 일은 주계열성 단계의 일반적인 별에서도 흔히 발생합니다. 태양은 강력한 표면 폭발인 코로나 물질 방출 (CME)을 통해 우주 공간으로 수백억 톤의 물질을 내뿜습니다.
그런데 별이 거대하게 부풀어 오르면 중력으로 물질을 잡아두는 힘이 약해져 물질 방출 규모는 훨씬 커지게 됩니다. 그 결과 뉴턴의 제3법칙(작용-반작용)에 의해 질량 덩어리가 한쪽 방향으로 튀어나갈 때마다, 별은 그 반대 방향으로 아주 작은 '킥(반동)'을 받게 됩니다.
풀러 교수의 계산에 따르면, 백색왜성이 되기 전 생애 마지막 단계에 있는 적색거성들은 수십만 년에 걸쳐 약 1만 번의 작은 충격을 받게 되며, 매번 충격이 가해질 때마다 초당 몇 미터의 속도로 이동합니다.
흥미로운 대목은 별에서 방출되는 물질이 무작위 방향으로 떨어져 나가더라도, 전체적인 순 이동 방향은 한 방향으로 향하게 된다는 것입니다. 수학적으로 이를 무작위 행보(random walk)라고 합니다. 직관적으로 설명하면 어느 방향으로 이동할지 결정하기 위해 계속 동전을 던지다보면 앞뒷면이 나올 확률이 비슷해도 결국 우리는 시작점에서 벗어날 확률이 높아집니다.
각각의 반동은 인간이 가볍게 조깅하는 속도(초당 수 미터) 정도로 매우 느리지만, 이것이 10,000번 누적되면 별은 최종적으로 초당 약 1km라는 상당한 속도로 이동하게 됩니다. 그 결과 생기는 재미있는 가능성은 동반성 특히 이미 먼저 간 백색왜성과 멀어지는 것입니다.
천문학자 카림 엘-바드리(Kareem El-Badry)는 별 두 개가 서로를 공전하는 '쌍성계' 중, 한쪽 별이 백색왜성이 되면 두 별 사이의 거리가 멀어지는 현상을 발견했습니다. 풀러 교수의 모델에 따르면, 백색왜성이 받는 1km/s의 반동 속도가 두 별의 공전 속도보다 빠를 경우, 중력적 결합이 깨지면서 두 별이 서로 떨어지게 됩니다. 즉, 이 이론은 왜 쌍성계가 해체되는지를 완벽하게 설명해 줍니다.
물론 이동 방향은 랜덤으로 정해지기 때문에 만약 반동의 방향이 동반성 쪽을 향하게 된다면, 두 별이 충돌하여 거대한 폭발을 일으킬 수도 있습니다. 이는 향후 천문학자들이 우주를 관측할 때 실제로 일어나는지 확인할 수 있는 중요한 검증 포인트가 될 것입니다.
아무튼 태양보다 수백배 더 거대한 별이 폭발하면서 이동한다는 점이 의외이면서도 흥미로운 내용을 담고 있는 것 같습니다.
참고
https://phys.org/news/2026-06-star-death-throes-involve-lot.html
댓글
댓글 쓰기