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- 일부 백색 왜성의 폭발적인 밝기를 오랫동안 관찰
- 광학 및 적외선 밝기는 1시간 이내에 3배 증가하고 약 10시간 후에 다시 감소
- 분출 중 하나는 약 2만조 톤의 물질을 태울 수 있으며 이는 35억 Cheops 피라미드의 질량에 해당

Micronova: 새로운 유형의 항성 폭발
천문학자들이 처음으로 백색 왜성에서 국부적인 열핵 폭발을 관찰했다.

천문학자들은 새로운 유형의 백색 왜성 폭발인 미크로노바를 발견했다. 동반성에서 추출한 물질은 핵융합을 일으키고 열핵 폭발을 일으킨다. 그러나 고전적인 노바 폭발과 달리 이 연쇄 반응은 강한 자기장에 의해 국부적으로 제한되므로 전체 별 표면에 퍼질 수 없다. 

▲ Micronovae - 짧고 국지적인 열핵 폭발 -은 쌍성계의 백색 왜성에서 발생할 수 있다. © Mark Garlick (http://www.markgarlick.com/)

태양과 같은 별은 수명 주기의 끝에 이르면 백색 왜성이 된다.
타버린 별의 잔해가 점차 식어가는 것이다. 백색 왜성이 쌍성계의 일부인 경우 식인종이 되어 동반자로부터 물질을 빨아들일 수 있다. 이것은 종종 소위 왜소신성(dwarf novae)이라고 불리는 "훔친" 가스로 인한 강착 원반의 폭발로 이어진다. 그러나 이 물질은 또한 별의 잔해로 끌어들여 그곳에서 일시적으로 수소 핵융합(신성)을 점화할 수 있다.

신비한 분출

천문학자들은 이러한 범주에 속하지 않는 것으로 보이는 일부 백색 왜성의 폭발적인 밝기를 오랫동안 관찰해 왔다. "이러한 폭발 동안 광학 및 적외선 밝기는 1시간 이내에 3배 증가하고 약 10시간 후에 다시 감소한다"고 영국 Durham 대학의 Simone Scaringi와 그의 팀이 보고했다.

이상한 점은 밝기 폭발이 너무 짧고 너무 약하며 너무 갑작스러워서 클래식 노바에서 나오지 않는다는 것이다. 이것은 이러한 열핵 폭발이 일반적으로 며칠에서 몇 주 동안 지속되기 때문이다. 왜소신성의 경우, 분출이 너무 불규칙하게 발생하며, 때때로 그러한 분출이 짧은 간격으로 여러 차례 이어진다.

완전히 새로운 형태의 폭발

이 현상의 근원을 파악하기 위해 Scaringi와 그의 동료들은 짧은 밝기의 폭발을 일으키는 3개의 백색 왜성을 조사했다. 그들은 NASA의 TESS 우주 망원경과 칠레의 유럽 남방 천문대(ESO)의 초대형 망원경을 사용해 약 1,630광년 떨어진 백색 왜성 TV Columbae와 그 "동종" EI Ursa Majoris 및 ASASSN-19bh를 관찰했다.

관측 결과 백색 왜성에서 폭발적인 밝기가 발생하고 이전에 알려진 폭발 유형과 일치하지 않는다는 것이 확인됐다. 천문학자들에 따르면, 그것은 완전히 새로운 형태의 열핵 폭발임에 틀림없다. Scaringi는 "처음으로 우리가 마이크로노바라고 부르는 현상을 발견하고 확인했다"고 설명한다.

▲ 백색 왜성이 동반성에서 물질을 빨아들이면 그 결과는 폭발적일 수 있다. © ESO/ M. Kornmesser, L. Calçada

 

Micronova: 글로벌 대신 로컬

천문학자들에 따르면, 그러한 마이크로노바는 열핵 폭발이 근원이며 따라서 핵융합의 짧은 점화에 기초한다. 그러나 이 폭발적인 연쇄 반응은 신성 강도의 약 100만분의 1에 불과하다. 그러나 방출되는 에너지는 여전히 막대하다. 이러한 분출 중 하나는 약 2만조 톤의 물질을 태울 수 있으며 이는 35억 Cheops(쿠푸*) 피라미드의 질량에 해당한다.

*이집트 고왕국 제4왕조의 제2대 파라오(재위 BC 2589?∼ BC 2566). 자신의 무덤으로 이집트 기자(Giza)에 밑변 230m, 높이 146.5m의 최대 피라미드를 남겼다.

Scaringi는 "이 사건은 항성에서 열핵 폭발이 어떻게 발생하는지에 대한 우리의 이해에 도전장을 던진다"고 말했다. 일반적으로 이러한 연쇄 반응은 백색 왜성의 전체 표면에 빠르게 퍼지기 때문이다. 그러나 이것은 마이크로노바의 경우는 아닌 것으로 보인다. "짧은 지속 시간과 방출된 에너지를 감안할 때 이 열핵 반응은 항성 표면의 작은 영역에 국한되어야 하고 제한된 양의 물질만 연소해야 한다"고 Scaringi와 그의 동료들이 기술했다.

자기 케이지에서의 연쇄 반응

이것은 마이크로노바가 표면의 작은 부분에만 국한되어 있는 이유와 방법에 대한 질문을 제기한다. 천문학자들은 자기장이 이것에 결정적인 역할을 한다고 생각합니다. 다른 많은 백색 왜성과 달리 세 개의 마이크로노바 후보는 강한 자기장을 가지고 있다. 그 필드 라인은 분명히 추출된 물질을 위한 일종의 케이지를 형성해 표면의 작은 영역에 집중시킬 수 있다.

공동 저자인 네덜란드 라드바우드 대학(Radboud University)의 폴 그루트(Paul Groot)는 "일부 백색 왜성의 자극 기저부에 수소 연료가 갇힐 수 있어 이러한 자극에서만 핵융합이 발생한다"고 설명했다. 핵융합에 필요한 밀도와 온도는 이 작은 "케이지"에서만 도달할 수 있기 때문에 열핵 연쇄 반응은 국부적으로 제한적이다.

<새로운 유형의 항성 폭발. © ESO>

고립된 사례가 아님

 

천문학자들에 따르면, 이것은 그러한 소신이 이전에 관찰된 것보다 훨씬 더 흔하다는 것을 의미할 수 있다. 출처가 불분명한 밝기의 폭발은 다른 백색 왜성에서도 관찰됐다. Scaringi는 "이러한 현상은 실제로 매우 흔할 수 있지만 너무 빨리 발생하기 때문에 관찰하기가 어렵다"고 말했다.

보충 모델에 따르면, 왜소신성(Micronovae)은 강한 자기장을 가진 다소 거대한 백색 왜성에서 주로 발생한다. 그들만이 작은 공간에 충분한 물질을 집중하여 국부 핵융합을 촉발할 수 있다. Scaringi와 그의 동료들은 "동시에 그러한 물체에 대한 열핵 반응은 더 얕은 깊이에서 발생하여 더 많은 방사선이 빠져나갈 수 있도록 한다"고 설명했다. 이렇게 하면 폭발을 더 쉽게 볼 수 있다.

천문학자들은 이제 이러한 새로운 유형의 폭발의 정확한 메커니즘과 과정에 대해 더 많이 알아내기 위해 더 많은 왜소신성을 찾고 싶어한다.
(nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-04495-6)
출처: Durham University, European Southern Observatory (ESO)
더럼대학교, 유럽남방천문대(ESO)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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