+ 26년 만에 잠에서 깨어난 ‘태양 12배 크기’ 거대 블랙홀 / 소행성 잡아먹는 ‘좀비별’ 발견

 

 

 

26년 만에 잠에서 깨어난 ‘태양 12배 크기’ 거대 블랙홀

 

입력: 2015.11.12 13:54

 

 

 

▲ 블랙홀(가운데) 주위의 강착원반과 강착 원반에 수직 방향으로 분출되는 제트의 모식도.

출처: 나사/JPL

 

블랙홀은 이름처럼 빛까지 모두 흡수해서 검은 구멍처럼 보이는 천체이다. 하지만 사실 과학자들은 블랙홀의 존재를 강력한 에너지와 물질 방출을 통해서 찾아낸다. 역설적이지만, 블랙홀은 우주에서 가장 밝은 천체 가운데 하나이다. 블랙홀 자체는 빛을 내지 않지만, 블랙홀로 빨려 들어가는 물질이 빛과 에너지를 내놓기 때문이다.

 

블랙홀의 강력한 중력에 이끌린 가스와 먼지는 바로 블랙홀로 빨려 들어가는 것이 아니라 소용돌이치면서 블랙홀 주변에 강착원반(Accretion disc)이라는 물질의 흐름을 만든다. 이 강착원반은 블랙홀의 강한 중력으로 인해 빠른 속도로 회전하면서 마찰로 매우 뜨겁게 빛난다.

 

하지만 이 강착원반의 물질도 모두 블랙홀로 흡수되는 것은 아니다. 상당수 물질은 작은 입자로 갈린 후 제트라는 수직축의 물질 분사를 통해 다시 나오게 된다. 이런 방식으로 블랙홀은 역설적으로 밝게 빛나게 된다. 그것도 섭씨 수백 만도의 고온에서 나오는 X선 같은 고에너지 파장에서 아주 밝게 빛난다.

 

물론 이런 현상은 흡수할 물질이 주변에 있을 때만 나타날 수 있다. 대표적으로 은하 중심의 거대 질량 블랙홀은 많은 물질을 흡수해서 강력한 에너지를 방출한다. 초신성 폭발 후 만들어진 항성 질량 블랙홀의 경우 단독으로 있을 때는 존재를 찾기 어렵지만, 만약 동반성이 있는 경우 동반성에서 질량을 흡수하면서 에너지를 방출하기 때문에 그 존재를 찾을 수 있다.

 

1989년 발견된 V404 Cygni가 그 대표적인 사례다. 이 블랙홀은 태양 질량의 12배 정도 크기이며 태양보다 작은 동반성에서 물질을 흡수하고 있다. 그런데 흥미로운 사실은 항상 같은 양의 에너지를 방출하지 않는다는 것이다. 첫 발견 이후 이 블랙홀은 갑자기 밝기가 감소해 최근까지 별로 밝지 않은 블랙홀로 남아있었다.

 

 

▲ 동반성에서 물질을 흡수하는 항성 질량 블랙홀의 개념도.

출처: 나사/JPL

 

그런데 2015년 6월, 이 블랙홀이 26년 만에 갑자기 100배 이상 밝아졌다. 나사의 페르미, 스위프트 위성은 물론 유럽 우주국의 인테그럴 위성까지 이 블랙홀을 X선, 감마선 영역에서 관측했고, 지상의 수많은 전파 망원경과 광학 망원경 역시 다른 파장대에서 이 블랙홀을 관측했다.

 

왜냐하면, 동반성을 거느린 항성 질량 블랙홀 (전문적인 용어로는 저질량 X선 쌍성계, low mass X-ray binaries (LMXBs))이 수십 년에 한 번 밝아지는 현상을 관측할 절호의 기회였기 때문이다.

 

천문학자들은 과거 기록을 조사해서 사실은 1938년과 1956년에도 사실은 이 블랙홀이 밝아져서 관측이 가능했던 적이 있다는 것을 알아냈다. 당시엔 그냥 신성(Nova) 정도로 생각했고 블랙홀이라는 사실은 몰랐다.

 

왜 이 블랙홀이 수십 년 주기로 밝게 빛나는지는 아무도 모른다. 하지만 이 블랙홀은 2015년 밤하늘에서 가장 밝게 빛나는 X선 천체 중 하나였기 때문에 천문학자들은 가능한 모든 관측기기를 통해서 이 블랙홀을 관측했다. 수십 년에 한 번뿐인 기회이기 때문이다.

 

참고로 존재가 알려진 블랙홀 가운데 V404 Cygni가 지구에서 세 번째로 가까운 위치에 있다. 따라서 관측 가능한 거리에 있는 블랙홀의 활동을 포착한 드문 기회였던 셈이다.

 

과학자들은 이 블랙홀 주변에서 광속에 가까운 속도로 나오는 제트의 존재를 확인했다. 물질을 공급하는 동반성은 6.5일을 주기로 매우 가까운 거리에서 블랙홀 주변을 공전하고 있는데, 이미 많은 질량을 블랙홀로부터 빼앗긴 상태로 보인다.

 

참고로 동반성 주변에 과거 지구 같은 행성이 있더라도 영화 '인터스텔라'처럼 사람이 생존할 수 있는 행성은 더는 존재하지 않을 가능성이 크다. 초신성 폭발에서 요행 살아남았다 해도 이후에는 블랙홀의 중력에 의해 빨려 들어가는 운명을 피할 길이 없기 때문이다. 다만 이 행성의 잔해들이 블랙홀로 빨려 들어간다면 마지막 순간에는 영화처럼 시간이 느려지는 순간을 경험했을 것이다.

 

비록 영화처럼 초자연적인 존재는 아니지만, 블랙홀은 분명히 실제로 존재하는 천체이고 우리 은하에도 여럿 존재한다. 과학자들은 이번 관측에서 얻은 자료를 분석해서 새로운 사실을 대거 발견될 것으로 기대하고 있다.

 

나우뉴스 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20151112601013§ion=&type=daily&page=

 

 

 

 

부스러기 흘리며 소행성 잡아먹는 ‘좀비별’ 발견

 

입력: 2015.11.12 16:26

 

▲ 부스러기 흘리며 소행성 잡아먹는 ‘좀비별’

마크 갈릭/워릭대/ESO

 

 

게걸스럽게 부스러기를 흘리며 소행성을 ‘점심’으로 먹고 있는 ‘좀비별’을 과학자들의 12년간의 추적 관측 조사로 밝혀냈다.

 

‘좀비별’은 별의 마지막 단계인 백색왜성이 행성이나 소행성, 혹은 다른 별의 에너지를 흡수해 다시 소생한 상태를 말한다.

 

우주과학 전문 매체 스페이스닷컴에 따르면, 과학자들이 헤일로처럼 빛나는 가스 고리를 가진 좀비 별을 발견했다.

 

아름답게 빛나는 이 가스 고리는 ‘좀비별’ 주위에서 한쪽에 치우쳐 있는데 하나의 거대한 소행성이 해당 별에 너무 접근해 강력한 중력에 의해 부서져 형성된 것으로 과학자들은 추정하고 있다.

 

 

▲ 450광년 거리에 있는 백색왜성의 모습

SDSS/CDS/SIMBAD

 

영국 워릭대 등이 참여한 국제 연구진은 칠레 파라날 천문대에 있는 유럽남방천문대(ESO) 소속 초거대망원경(VLT)을 사용해 태양계에서 약 450광년 거리에 있는 백색왜성 ‘SDSS J122859.93+104032.9’(이하 J1228+1040)를 12년간 관측했다.

 

이를 통해 얻은 VLT 데이터를 연구진은 다른 여러 천문대의 데이터와 조합해 여러 시점에서 백색왜성 주위를 공전하고 있는 먼지 원반의 이미지를 상세하게 만들었다.

 

이 연구를 주도한 주저자 크리스토퍼 맨서 워릭대 박사과정 연구원은 “우리가 처리한 데이터로 얻은 이미지는 이런 백색왜성 시스템이 실제로 원반과 비슷하다는 것을 보여줬고 단일 이미지에서 볼 수 없었던 많은 구조를 밝혀냈다”고 말했다.

 

죽음에 가까워진 작은 별은 에너지를 소진하기 전에 거대하게 부풀어 적색거성이 된다. 이후 적색거성은 남은 가스를 배출하고 작아져 밀도 높은 핵으로 이뤄진 백색왜성으로 남게 된다.

 

이런 과정에서 원래 별에 묶여 있던 여러 행성과 소행성은 중력으로 끌려가다가 파괴돼 가스 고리를 가진 백색왜성만 남게 된다.

 

천문학자들은 지금까지 이런 가스 고리를 가진 백색왜성을 7차례 발견했다.

 

ESO 관계자들은 이런 백색왜성 시스템에 관한 자세한 관측은 천체에 너무 가깝게 다가가게 되면 어떤 일이 일어나는지를 자세히 보여준다고 말했다.

 

연구진은 이런 가스 고리의 형태를 정확하게 알아내기 위해 ‘도플러 단층촬영법’을 사용했다. 이는 병원에서 흔히 쓰이는 컴퓨터 단층촬영과 매우 비슷한데 여러 각도에서 촬영해 하나의 이미지로 통합하는 것이다.

 

 

▲ 가스 고리의 속도를 보여주는 이미지

크리스토퍼 맨서/워릭대/ESO

 

이를 통해 왜곡 없이 측정한 데이터로 고리의 정확한 속도와 가스의 특정 성분을 밝혀낸다고 한다.

 

‘WD 1226+110’이라는 다른 명칭으로도 불리는 이 백색왜성에서 연구진은 그 주위에 있는 가스 고리가 우리 태양계의 토성 고리가 형성된 방식과 매우 비슷하다는 것을 밝혀냈다.

 

 

▲ 가스 고리를 가진 백색왜성(왼쪽)과 고리를 가진 토성의 크기를 비교한 이미지

마크 갈릭/워릭대/ESO

 

심지어 백색왜성은 토성보다 7배 작고 질량은 2500배 더 크며 고리는 훨씬 멀리 떨어져 있을 만큼 매우 다름에도 말이다.

 

이는 우리 태양이 언젠가 적색거성으로 커지고 다시 백색왜성으로 줄어드는 같은 과정을 거칠 때 궁극적으로 어떤 운명의 길을 걷게 될지 그 내용을 자세히 알려주는 것이다.

 

사실 이 백색왜성의 주위에 형성돼 있는 고리는 이미 2006년에 그 존재가 확인됐었다. 하지만 이 고리가 정확히 어떤 형태를 이루고 있는지는 과학자들도 알 수 없었다.

 

이 연구에 참여한 공동저자 보리스 건시케 워릭대 교수는 “우리는 12년 만에 이 백색왜성을 공전하고 있는 먼지 원반이 어떻게 생겼는지 정확히 볼 수 있게 됐다”고 말했다.

 

한편 이번 연구성과는 미국 코넬대 도서관이 운영하는 물리학 분야의 권위 있는 온라인논문저장 사이트인 아카이브(arXiv.org)에 게시됐으며, 조만간 ‘영국 왕립천문학회 월간보고’(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 게재될 예정이다.

 

사진=ESO

 

나우뉴스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20151112601022§ion=&type=daily&page=