늙지 않는 뱀파이어 별, 젊음 비결 밝혀져 - 사이언스타임즈

출처 : http://www.sciencetimes.co.kr/article.do?todo=view&pag밑줄eno=&searchatclass2=119&atidx=55113&backList=list&seriesidx=list&menuclassidx=119&%C7%D7%B0%F8%A1%A4%BF%EC%C1%D6=%C7%D7%B0%F8%A1%A4%BF%EC%C1%D6

늙지 않는 뱀파이어 별, 젊음 비결 밝혀져

100억년의 나이에도 푸르른 청색낙오성의 비밀은?

2011년 10월 26일(수)

벌써 50여 년 전인 1953년, 우주에서 불가사의한 천체가 발견됐다. 청색낙오성(Blue stragglers)이라 불리는 이 항성은 표면 온도가 매우 높아 푸른색을 띠며 매우 활발하게 타오르고 있는 별이다. 이런 특성은 보통 젊은 항성들에서 찾아볼 수 있는데 놀랍게도 청색낙오성은 나이가 100억년에 이를 정도로 오래된 별이다. 

많은 나이에도 불구하고 젊은 모습을 하고 있는 이런 불가사의함 때문에 청색낙오성엔 ‘뱀파이어 별’이라는 별명이 붙기도 했다. 그리고 이 특이한 모습의 원인을 밝혀내기 위한 연구가 오래 전부터 계속돼 왔다. 

항성들은 일반적으로 헤르츠스프룽-러셀 도(H-R 도)라는 도표로 분류되어 그 진화과정이 설명된다. 이는 항성의 분광형과 절대등급의 관계를 조사해 만들어진 항성 분류표다. 여기엔 항성의 초기 질량에 따라 정의되는 진화 곡선들이 있으며 대부분의 항성이 이를 따르고 있다. 하지만 청색낙오성은 이 곡선에서 벗어나는 경우가 있다. 일반적인 항성 진화 이론을 따르고 있지 않다는 의미다. 

이 불가사의함을 설명하는 청색낙오성 형성이론엔 세 가지 후보가 있다. 항성 간의 충돌 때문이라는 것, 항성들의 합병 때문이라는 것, 그리고 하나의 항성에서 다른 항성으로 물질 교환이 일어나기 때문이라는 것이 그것이다. 이 중에서 물질 교환 이론이 가장 유력한 후보였으나 이를 증명할 수 있는 결정적 증거가 관측되지 않았기 때문에 계속해서 확실한 형성과정은 밝혀지지 않고 있었다. 

물질 교환 이론 뒷받침하는 증거 관측

헌데 최근 두 천문학자에 의해 물질 교환 이론을 뒷받침할 만한 증거가 관측됐다. 노스웨스턴대학교의 아론 겔러 박사와 위스콘신대 매디슨캠퍼스의 로버트 매튜 박사는 북극성 인근 케페우스 자리에 위치한 NGC188이라는 산개성단을 관측한 자료에서 그 증거를 찾아냈으며 관련 내용은 최근 네이처지를 통해 게재됐다.

이들은 애리조나 투손에 있는 키트 피크 천문대의 윈(WIYN) 망원경이 관측한 NGC188 산개성단의 청색낙오성 세부 관측 자료를 이용했다. 이 성단은 약 3천 개의 항성으로 구성돼 있으며 21개의 청색낙오성을 포함하고 있다. 또한 가장 오래된 성단들 중 하나이며 구성 항성들의 나이가 모두 같기 때문에 나이에 비해 다른 항성들보다 젊은 모습을 하고 있는 청색낙오성을 연구하기에 적합하다.

연구진은 관측 정보 분석을 통해 이들이 쌍성계를 이루고 있다는 점을 확인했다. 쌍성계는 우리 태양과는 달리 2개의 항성이 서로의 중력에 이끌려 일정한 주기를 가지고 공전하고 있는 항성계를 말한다. 우주에서 이 같은 쌍성계 혹은 2개 이상의 항성이 이루고 있는 다중성계는 홀로 존재하는 단일 항성보다 흔하다. 

연구진이 청색낙오성 주변에서 그것의 동반성을 직접적으로 관측한 것은 아니다. 청색낙오성에 비해 너무 어두워 보이지 않기 때문. 하지만 청색낙오성의 궤도를 분석하면 동반성이 존재함을 알 수 있으며 동반성의 질량 측정도 가능하다. 

연구진이 측정한 청색낙오성의 동반성은 태양 질량의 약 반절에 해당하는 것으로 나타났다. 이는 백색왜성의 질량에 해당한다. 그리고 이 결과는 동반성으로부터 청색낙오성으로 물질이 전달됐으며, 외피를 잃은 동반성은 백색왜성 핵만 남아버렸다는 물질교환론을 증명해줄 수 있다. 또한 물질교환론 외에 충돌 및 합병에 의한 형성 이론에서는 동반성 혹은 이웃 항성의 질량이 관측된 것보다 더 무거워야 하기 때문에 그 이론들이 틀렸다는 것을 반증하기도 한다. 

이렇게 동반성으로부터 물질을 얻은 청색낙오성은 오래된 나이에도 불구하고 일반적인 진화과정을 거치지 않으며 오랫동안 활발히 타오르고 높은 온도를 유지할 수 있게 된 것이다. 그 모습은 ‘뱀파이어 별’이라는 별명을 더욱 실감나게 한다. 이번 연구는 그동안 확실치 않았던 청색낙오성의 형성과정을 밝히는 결정적인 증거가 될 것은 물론 항성 진화 연구에도 도움이 될 것으로 보인다.

조재형 객원기자 | alphard15@nate.com