[아하! 우주] 죽은 별의 중심에서 발견된 별난 쌍성계

천문학자들이 독특한 사연을 지닌 쌍성계를 발견했다. 지구에서 큰개자리 방향으로 1만4000광년 떨어진 행성상 성운인 M3-1은 태양 같은 별이 죽고 남은 가스 성운으로 우주 공간으로 흩어지는 별의 잔해다. 하지만 호랑이가 죽어서 가죽을 남기듯 별 역시 그냥 사라지는 것이 아니라 중심부에 남은 물질이 뭉쳐 백색왜성 같은 새로운 천체를 만든다.

국제 천문학자 팀은 이 과정을 상세히 연구하기 위해 허블우주망원경을 이용해 M3-1을 관측했다. 그런데 관측 결과 성운 중심에 있는 별이 하나가 아니라 두 개라는 사실이 밝혀졌다. 하지만 이는 전혀 예상치 못했던 결과는 아니다. 행성상 성운 중심 쌍성계는 죽은 별이 남긴 백색왜성과 아직 살아있는 동반성으로 구성된 쌍성계로 의외로 드물지 않다. 우주에는 두 개의 별이 서로의 질량 중심을 공전하는 쌍성계가 흔하고 형제별 가운데 하나가 먼저 죽으면 이런 이종 쌍성계가 형성되기 때문이다.

연구팀이 놀란 진짜 이유는 이 두 별이 너무 가까이 있었기 때문이다. 연구의 리더인 스페인 카나리아 천문연구소 데이빗 존스에 의하면 두 별의 공전 주기는 3시간에 불과해 사실상 거의 붙어있는 수준이다. 물론 허블우주망원경을 포함해 어떤 망원경으로도 이렇게 붙어 있는 별을 분리해 관측하는 건 불가능하다. 대신 과학자들은 주기적인 밝기 변화를 확인해 공전 주기를 계산했다. 이번 발견은 역대 가장 짧은 공전 주기를 지닌 행성상 성운 중심 쌍성계로 기록됐다.

이 발견은 단지 공전 주기가 짧은 것 이상의 의미가 있다. 너무 가까운 거리 때문에 동반성의 표면 물질은 빠른 속도로 백색왜성으로 흡수된다. 백색왜성은 매우 압축된 천체이므로 표면 중력이 극단적으로 커서 흡수된 가스는 고온 고압 상태로 압축된다. 이렇게 백색왜성의 표면에 모인 수소 가스는 어느 순간 임계점을 넘으면 강렬한 핵융합 반응을 일으키면서 폭발한다. 어두운 별이 갑자기 밝기가 100만 배 커지는 신성(nova)이 되는 것이다.

밤하늘에 갑자기 새로운 별이 보이는 신성은 오래전부터 인류의 관심을 끌었다. 과학자들은 그 정체가 사실 격렬한 핵융합 반응이라는 것을 밝혀냈지만, 아직도 풀리지 않는 미스터리가 남아 있다. M3-1은 머지않아 신성이 될 후보로 백색왜성의 진화와 신성 폭발을 연구할 좋은 기회가 될 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com