3'00" 읽기
- 신성의 원인은 백색 왜성, 즉 타버린 별의 작고 조밀한 잔재
- 우리 태양도 70억년 후에는 백색 왜성이 될 것
- 지금까지 우리 은하에는 이러한 재발성 신성을 지닌 백색왜성이 10개만 알려져 있다.

노바(Nova)란 무엇입니까?
천상의 사건은 어떻게 일어나는가

신성의 원인은 백색 왜성, 즉 타버린 별의 작고 조밀한 잔재다. 이 별의 유물은 종종 지구보다 작지만 100배 이상 큰 별만큼 무겁다. 그들은 태양과 같은 별이 먼저 적색 거성으로 팽창한 다음 껍질을 방출할 때 형성된다. 남은 것은 극도로 밀도가 높은 별의 핵이다. 우리 태양도 70억년 후에는 백색 왜성이 될 것이다. 

▲ 주기가 시작되는 방식은 다음과 같다. 백색 왜성은 파트너인 적색 거성으로부터 물질을 빨아들여 자신 주위의 회전하는 디스크에 축적한다. © NASA/ESA, Leah Hustak (STScI)

별의 카니발니즘(식인) 풍습

일반적으로 백색 왜성의 향후 운명은 별로 눈에 띄지 않는다. 별의 유물처럼 빛나고 점점 더 시원하고 어두워진다. 그러나 백색왜성이 쌍성계의 일부인 경우에는 다르다. 북극관자리 T의 경우처럼 말이다. 이 시스템에서는 백색왜성과 적색 거성이 천문 단위의 절반에 불과한 가까운 거리에서 서로 궤도를 돌고 있다. 태양계에 적용하면, 이는 태양에서 수성과 금성 사이의 대략 중간쯤 되는 궤도까지의 거리에 해당한다.

이 가까운 궤도 동안 더 무거운 백색왜성은 항성 식인종이 된다. 더 큰 중력 덕분에 상대 별에서 물질을 빨아들이고 부풀어 오른 적색 거성의 외피에서 많은 양의 가스를 끌어당긴다. 이로 인해 백색왜성 주위에 회전하는 가스의 조밀한 디스크, 즉 부착 디스크가 생성되고, 이 디스크에서 물질이 백색왜성의 껍질로 흘러 들어간다. 유입되는 수소 가스는 속도가 느려지고 열의 형태로 에너지를 방출하는 동시에 계속 증가하는 항성 가스 표피층의 밀도가 증가한다.

▲ RS 뱀주인자리의 신성에서는 빠른 충격파 전선이 시계 유리 모양으로 퍼져 강렬한 감마선을 방출했다(그림). © DESY/H.E.S.S., Science Communication Lab

열핵 연쇄반응

이 결과로 백색 왜성의 껍질이 수백만도까지 가열되면 오래전에 끝난 이 별의 잔재에서 수소 융합이 다시 타오르게 된다. 그러나 이는 통제되지 않고 자체 강화되는 연쇄반응, 즉 열핵 수소 폭발로 이어진다. 이것이 백색왜성과 신성의 가시광선 발광의 원인이다. 수소폭탄의 폭발과 유사하게 이 폭발은 가시광선에서 감마선 범위에 이르는 방사선 형태로 막대한 양의 에너지를 방출한다.

천문학자들이 2021년에 7,500광년 떨어진 백색왜성 RS 뱀주인자리의 신성에서 발견한 것처럼, 발사된 입자는 엄청난 속도와 에너지로 가속될 수 있다. 이 신성에서 방출된 입자는 이론상 최대값에 가까운 값으로 가속되었다. "우주 충격파에서 입자 가속의 이론적 한계에 도달할 수 있다는 관찰은 천체 물리학에 엄청난 영향을 미친다"고 Zeuthen의 DESY의 Ruslan Konno는 설명했다. "이것은 가속 과정이 훨씬 더 극단적인 초신성에서만큼 효율적일 수 있음을 시사한다.“

▲ 백색 왜성의 신성 이후 쌍성계의 주기가 다시 시작된다. © NASA/ David Hardy

끝은 시작이다

1a형 초신성과는 달리, 별의 잔해는 신성에서 완전히 찢어지지 않는다. 폭발은 이전에 축적된 가스 껍질을 날려 우주로 내던져 버린다. 백색왜성과 그 이웃인 적색거성은 보존되어 있다. 열핵폭발로 인해 남은 것은 방출된 가스의 타원형 안개뿐인데, 이는 쌍성계 주변에서 볼 수 있다. 이러한 방출 성운을 사용하여 천문학자들은 신성이 발생한 시기를 회고적으로 추정할 수도 있다.

백색왜성과 그 파트너에게 각각의 신성은 새로운 주기의 시작이다. 폭발과 함께 자재 도난과 폭발물 거부의 순환이 다시 시작되기 때문이다. T Coronae Borealis의 경우 역사적 관찰에서 알 ​​수 있듯이 이 주기는 약 79년 동안만 지속된다. 이로 인해 이 시스템은 폭발 간격이 100년 미만인 몇 안 되는 신성 생성자 중 하나가 되었다. 지금까지 우리 은하에는 이러한 재발성 신성을 지닌 백색왜성이 10개만 알려져 있다.

T Coronae Borealis에서 이러한 복귀 주기가 왜 그렇게 짧은지는 아직 명확하지 않다. 그러나 일부 천문학자들은 백색왜성의 상대적으로 큰 질량이 역할을 할 수 있다고 의심한다. 백색왜성은 너무 무거워서 껍질에서 열핵 연쇄반응을 유발하는 데 약간의 물질만 더 있으면 된다. 여기에서 현재 이벤트에서 수집된 데이터는 가치 있고 새로운 통찰력을 제공할 수 있다.
하지만 신성(Nova)이 언제 올지 어떻게 알 수 있나요? (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]