6개월 동안 광도의 97% 잃고 다시 빛나는 별, 현재 이론으로 설명 불가능

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-06-12 12:33:11
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* "what is this?" 줄임말 WIT로 명명돼,지구에서 약 2만 5000광년 떨어진 거대한 별 VVV-WIT-08
* 질량은 태양과 같고 크기는 100배, 스펙트럼 온도는 3600 켈빈
* 200일 암흑화 현상 후 다시 원래의 광도로 밝아져
* 동반자는 중성자별, 블랙홀 같이 특히 중력이 큰 물체? 현재는 미스터리 해석 불가

어두운 거인의 수수께끼
별은 수개월 동안 광도의 97%를 잃는다. 아무도 이유를 모른다.


신비한 현상 :
천문학자들이 현재의 모든 모델과 모순되는 행동을 하는 별을 발견했다.
거대한 별 VVV-WIT-08은 수년 동안 꾸준히 빛을 발하다가 갑자기 광도의 97%를 잃고 6개월 동안 어두워진 후 다시 빛난다. 이 행동은 동반자별의 모호함으로 설명할 수 없으며 다른 모든 이론도 적합하지 않다. 거기에서 일어나는 일은 당분간 설명할 수 없는 상태로 남아 있다. 

▲ 거대 별 VVV-WIT-08은 반년 동안 극적으로 어두워졌다. 어떻게? © Amanda Smith / 캠브리지 대학교


주기적으로 밝기를 바꾸는 별은 우주에서 드문 일이 아니다.
종종 이들은 파트너가 교대로 상대를 가리는 이중 별이다. 그러나 별을 정기적으로 깜박이게 하는 내부 프로세스도 있다. 그러한 세페이드에서 온도와 밝기는 더 강렬한 핵융합 단계와 팽창 단계를 번갈아 가며 변하기 때문이다. 한쪽에서만 맥동하는 별도 이미 관찰되었다.

"what is this?" 줄임말 WIT로 명명


이제 케임브리지 대학의 라이 스미스(Leigh Smith)와 함께 일하는 천문학자들은 이전에 알려진 변수 클래스에 맞지 않는 별을 발견했다. 이 신비한 물체는 거의 10년 동안 적외선 범위의 밝기 변화에 대해 약 10억 개의 별을 모니터링 해온 칠레 ESO의 VISTA 망원경으로 하늘 조사의 일부로 추적됐다.

“모니터링 중에 우리는 때때로 확립된 카테고리에 맞지 않는 변덕스러운 별을 보게 된다. 그런 다음 'What is this' 의미로 WIT라고 부른다”고 Hertfordshire 대학의 공동 저자 필립 루카스(Philip Lucas)는 설명한다.

이 WIT 별 중 하나는 이제 우리로부터 약 2만 5000광년 떨어진 거대한 별 VVV-WIT-08이다. 이것은 태양의 질량을 가지고 있지만 태양보다 약 100배 더 크다. "스펙트럼은 유효 온도가 약 3600켈빈으로 다소 멋진 거인임을 시사한다"고 팀은 말했다.

200일 동안 어두워 짐

이상한 점은 이 거대한 별이 수년 동안 아무런 변화를 보이지 않은 후 2012년 봄에 갑자기 어두워지고 그 과정에서 광도의 97%를 잃었다는 것이다. 천문학자들은 "이 한번, 매끄럽고 거의 대칭적인 암흑화 현상이 약 200일 동안 지속됐다"고 보고했다. 그 후 별은 다시 밝아졌고 더 이상의 변동없이 원래의 광도로 빛나고 있다.

이러한 어두워지는 시간과 강도는 매우 드물다.
망원경 관측은 17년 전으로 거슬러 올라가기 때문에 일회성 사건인지 정규 사건인지조차 분명하지 않다. 지금까지 천문학자들은 극도로 긴 일식을 나타내는 두 개의 별만을 알고 있다. 여기에는 27년마다 동행자의 먼지 원반으로 뒤덮이는 별 엡실론 아우리개(Epsilon Aurigae)와 사건 사이 69년이 걸린 적색 거성 TYC 2505-672-1이 포함된다.
내부 원인을 확인할 수 없다.

그러나 VVV-WIT-08은 다르다. 알려진 변수 중 어느 것도 이러한 급격한 밝기 손실을 나타내지 않아 가시광 선과 적외선의 모든 파장 범위에도 동일하게 영향을 미친다.
해당 데이터는 이 별의 일식을 관찰한 바르샤바 대학의 OGLE 망원경의 이미지로 팀에 제공되었다. 현상의 원인을 파악하기 위해 Smith와 그의 팀은 명확한 설명을 찾지 않고 가능한 모든 원인을 체계적으로 확인했다.

원인은 아마도 별 내부가 아니라는 것이 분명해 보인다.
"VVV-WIT-08의 광 곡선의 거동은 알려진 항성 변동성과 일치하지 않는다"고 천문학자들은 기술했다. 빛 곡선의 대칭은 적색 거성의 변동과 일치하지 않으며 어린 별의 경우 이 사건 외부의 물체가 너무 고르게 그리고 안정적으로 빛난다.

▲ 처음에는 밝았다가 거의 사라진 후 다시 밝아졌다. 별 VVV-WIT-08의 이미지.

© VISTA Variables in the Via Lactea survey team/ ESO


별 앞의 고밀도 디스크

따라서 어두워지는 현상은 별을 덮고 있는 어둡고 큰 물체를 통해 외부에서 발생해야 한다.
무엇일까? "오컬트 천체에는 몇 가지 주요 특징이 있어야 한다. 이 천체는 중력에 의해 거성에 묶여 있어야 하고, 매우 희미하고, 반경이 지구 반경 50보다 크고, 타원형으로 보여야 한다"고 Smith와 그의 동료들은 설명한다. 모델의 도움으로 가능한 모든 후보를 확인했다.

가장 가능성이 높은 오컬테이터(Okkultator)는 밀도가 높은 먼지 원반으로 둘러싸인 동반 별일 것이다.
그러나 그러한 별 주위 원반의 전형적인 특징은 관측과 일치하지 않는다. 팀이 설명하는 것처럼 어린 별 주위의 원반은 수명이 너무 짧고 명확하게 인식할 수 있는 적외선 신호를 남긴다. 오래된 별 주변의 잔해 디스크는 밀도가 높고 불투명하지 않은 반면, 백색 왜성 주변은 길고 거의 완전한 일식을 설명 할만큼 크지 않을 것이다.

너무 멀고 너무 어둡다

또 다른 가능성은 거대한 별에서 물질을 빨아들여 확장된 가스 디스크를 형성하는 동반 별일 것이다. 스미스와 그의 팀은 "거대한 별에서 동반자의 중력 영역으로의 질량 이동은 모호한 디스크의 존재를 설명 할 수 있다"고 말했다. "이 시나리오는 별이 예상보다 작은 이유에 대한 편리한 설명도 제공하기 때문에 유혹적이다.“

문제는 신비로운 시간이 길다는 점을 고려할 때 동반자는 거대한 별에서 매우 멀리 떨어져 있어야 하며, 별에서 물질을 빨아들이기에는 매우 멀리 떨어져 있어야 한다.
또한 동반자는 중성자별이나 블랙홀과 같이 특히 중력이 큰 물체라고 생각할 수 있다.
그들의 부착 디스크는 일반적으로 X-레이를 방출하지만 연구원들이 설명하는 것처럼 예외가 있다.

"비밀은 아직 밝혀지지 않았다“

천문학자의 결론 :
어떤 시나리오도 거대한 별 VVV-WIT-08이 그토록 길고 완전하게 덮힌 것을 완전히 설명할 수 없다. 스미스와 그의 동료들은 "암흑의 기간, 깊이, 무채색으로 인해 이 사건이 매우 이례적이다. 그 비밀은 아직 밝혀지지 않았다"고 말했다.

천문학자들은 앞으로 그러한 사건 사례가 더 많이 발견되기를 바란다. 그들은 VISTA 설문 조사의 일환으로 이미 두 개의 후보자를 추적했을 것이다.
(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021; doi: 10.1093/mnras/stab1211)

출처 : University of Cambridge

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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