가장 작은 백색 왜성, 크기는 달과 비슷 무게는 태양보다 무겁다.

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-07-03 18:05:44
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* 반지름 2140km, 태양 질량의 1.35 배, 약 130광년 떨어진 백색 왜성 ‘ZTF J1901+1458’
* 별들의 잔재가 비정상적으로 빠르게 회전, 1회전에 6.94분 걸려. 보통은 몇 시간 소요
* 두 개의 백색 왜성이 먼저 밀접하게 공전한 다음 충돌한 합병의 산물
* 우리 태양보다 거의 10억 배 더 자화되어 있다.

백색 왜성은 가장 작은 헤비급이다.
별의 잔재는 거의 달만큼 작지만 태양보다 더 무겁다.


작지만 강력 함 :
천문학자들이 몇 가지 측면에서 놀라운 백색 왜성을 발견했다.
반지름이 2140km로 동종 중 가장 작으며 달보다 거의 크기가 비슷하다. 그러나 동시에 그것은 극도로 자화되어 있으며 태양 질량 1.35에서 다른 어떤 백색 왜성보다 더 거대할 것이다. 그것은 심지어 중성자별로 붕괴될 수도 있다. 연구자들이 6월 30일 "Nature" 저널에 보고한 내용이다.

▲ 달보다 크지 않지만 태양보다 무거운 별의 잔재-백색 왜성 ZTF J1901 + 1458은 특별하다. © Giuseppe Parisi


백색 왜성은 질량이 적은 별이 수명주기가 끝날 때 형성된다.
우리의 태양도 약 70억 년 후에는 처음으로 적색 거성으로 부풀어 오르고 나서 그 껍질을 버릴 것이다. 남은 것은 빛나는 핵인 백색 왜성이다. 이것은 시간이 지남에 따라 점점 더 냉각되고 극단적인 경우 결정화될 수도 있다. 쌍성계의 일부인 경우, Ia 형 초신성으로 폭발할 때까지 동반자에게서 물질을 끌어낼 수도 있다.

매우 빠르고 매우 자화됨

약 130광년 떨어진 백색 왜성 ‘ZTF J1901+1458’이 보여주듯이 세 번째 방법이 있다.
California Institute of Technology의 일라리아 카이아쪼(Ilaria Caiazzo)와 협력하는 천문학자들은 캘리포니아의 팔로마 천문대(Palomar Observatory)에 있는 Zwicky Transient Facility의 데이터를 평가할 때 이를 발견했다. 가장 먼저 눈에 띄는 것은 별들의 잔재가 비정상적으로 빠르게 회전했다는 것이다. 한 번의 회전에 6.94분 밖에 걸리지 않았다. 대부분의 다른 백색 왜성은 그렇게 하는 데 몇 시간이 필요했다.

더욱 이례적인 것은 빛에 대한 스펙트럼 분석 결과 백색 왜성이 매우 강한 자기장을 가지고 있음을 보여주었다. "그 자기장은 6억에서 8억 가우스에 달한다"고 Caiazzo와 그녀의 동료들은 보고했다. 이것은 별의 나머지 부분이 우리 태양보다 거의 10억 배 더 자화되어 있음을 의미한다. 또한 표면 온도가 약 4만6000 켈빈으로 매우 뜨겁고 내부 온도는 2천 만에서 3천 만도까지 올라갈 수 있다.

동종 중 가장 작고 무거운 것

백색 왜성은 크기와 질량으로 실제 기록을 갱신한다.
반지름이 2140km 인 이 백색 왜성은 현재까지 알려진 가장 작은 백색 왜성이다.
남은 별은 지구의 달보다 약간 더 큽니다. 그러나 이것은 또한 그것의 질량에 영향을 미친다. "그것은 역설적으로 보이지만 작은 백색 왜성은 큰 것보다 더 크다"고 Caiazzo는 설명한다. "그것은 백색 왜성이 자신의 중력에 대항하여 정상적인 별을 안정화시키는 핵융합이 없기 때문이다.“

이것은 별 잔해를 극도로 압축한다. 백색 왜성이 작을수록 중력의 압축력에 대항할 수 있는 능력이 적어지고 결과적으로 점점 더 밀도가 높아진다. ZTF J1901+1458의 경우 Caiazzo와 그녀의 팀은 태양 질량 1.327~1.365의 무게를 결정했다. "그것은 지금까지 발견된 것 중 가장 무거운 백색 왜성일 수 있다. 그 질량은 백색 왜성에 대해 가능한 가장 높은 질량의 2% 적다”고 보고했다.

두 전임자에서 병합

이 작지만 무거운 별들의 잔재는 어떻게 생겨났을까?
별이 수명주기의 이 단계에 도달하면 일반적으로 훨씬 더 크고 가벼운 백색 왜성이 된다.
따라서 천문학자들은 ZTF J1901+1458이 쌍성계에 있는 두 개의 백색 왜성이 먼저 밀접하게 공전한 다음 충돌한 합병의 산물이라고 의심한다. 2020년 초에 또 다른 백색 왜성에서 그러한 합병의 첫 징후를 발견했다.

ZTF J1901+1458의 경우, 이 “죽음의 춤”은 Caiazzo와 그녀의 동료들이 설명하듯이 강한 자기장과 빠른 회전을 제공했을 수도 있다. 이것이 확인된다면 근처에 있는 백색 왜성은 그러한 사건에 대한 공개적인 질문을 명확히 하기에 좋은 후보가 될 것이다.

"예를 들어, 우리는 백색 왜성의 그러한 합병률이 얼마나 높은지, 그리고 그것들 중 얼마나 많은 이들이 1a 형 초신성으로 끝나는지 아직 알지 못한다"고 Caiazzo는 설명한다. "이러한 사건 동안 자기장이 어떻게 생성되는지, 왜 그 강도가 그렇게 크게 변하는지도 명확하지 않다."

백색 왜성이 중성자별이 될까?

또한 흥미롭게도 “과체중” 백색 왜성이 중성자별이 될 수 있다.
일반적으로 거대한 별의 초신성 이후에만 나타나는 더 조밀한 별의 잔재이다.
"ZTF J1901+1458은 너무 거대하고 밀도가 높아서 핵의 양성자에 의해 전자를 포착하여 중성자를 생성할 수 있다"고 Caiazzo는 설명한다. "충분히 많은 수의 전자가 이런 식으로 삼켜지면 별의 핵이 무너질 것이다.”

결과는 중성자별이 될 것이다.

천문학자들은 "200억 가우스의 자기장과 15밀리 초의 회전주기를 가진 이 새로 태어난 중성자별은 어린 펄서와 닮았다"고 설명했다. 이것은 이 빠르고 강한 자기 중성자별 중 많은 것이 무거운 별의 초신성에서 나온 것이 아니라 두 개의 백색 왜성의 합병에서 나온 것인지에 대한 흥미로운 질문을 제기한다. 결국 이것들은 우주에 있는 모든 별의 90% 이상 최종 단계이다. 


연구팀은 이에 대해 곧 더 많은 것을 배우기를 바라고 있다.
“Zwicky Transient Facility는 현재 더 많은 무거운 백색 왜성을 발견하고 있다. 이것은 우리가 이 물체들의 기원과 더 나아가 운명을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다”고 천문학자들은 말했다.
(Nature, 2021; doi : 10.1038 / s41586-021-03615-y)
출처 : W. M. Keck Observatory

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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