천문학자들이 실시간으로 지켜보는 ‘대폭발’ 직전의 별

모든 별은 죽음을 향해 늙어가지만 천문학자들은 실시간으로 일어나는 것을 거의 볼 수 없었다. 그러나 현재 천문학자들은 생애의 막바지에 달해 임종, 곧 대폭발을 목전에 두고 있는 한 별을 발견했다.

지구로부터 약 300만 광년 거리에 있는 삼각형자리 은하(M 33)에 위치한 이 별은 볼프-라이예 별이라고 하는 매우 불안정한 별의 진화 단계로 막 옮겨가는 중이다. 새로운 관측에 따르면 이 별은 2018년 처음 발견되었을 때 보이지 않았던 새로운 조짐을 보이기 시작했다.

새로운 조짐의 신호는 별 스펙트럼의 최고점과 최저점, 즉 별이 방출하는 전자기 복사의 파장에서 감지되었으며, 별이 핵융합을 통해 내부 깊은 곳에서 탄소 또는 철을 휘젓고 있음을 보여준다. 이는 태양 질량의 25배에 달하는 이 거대한 별이 생애를 끝내는 초신성 폭발을 향해 급박하게 다가가고 있음을 나타낸다.

새로운 연구에 참여하고 있는 미국 터프츠 대학 대학원생 올리비아 곤트는 지난 6일 “불과 4년 만에 천체의 스펙트럼에서 실제 변화를 우리가 직접 볼 수 있었다는 것이 정말 흥미롭다”면서 “우리는 이것이 실시간으로 진화하는 볼프-라이예 별을 최초로 관찰한 것이라고 믿고 있다”고 밝혔다.

뉴멕시코주 앨버커키에서 열리고 있는 제 242차 미국천문학회 회의와 온라인에서 연구 결과를 공유한 곤트 팀은 별을 ‘BELLS 1’이라고 부르는데, 이는 볼프-라이예 별의 ‘광범위한 방출 스펙트럼 광원'(broad emission-lined luminous sources)의 약어다.

BELLS 1은 아마도 뜨겁고 무거운 별에서 출발하여 핵융합을 통해 가벼운 원소를 무거운 원소로 융합하는 작업을 급격히 수행함으로써 자체 보유 수소를 빠르게 소진했을 것이다. 곤트 팀이 감지한 풍부한 스펙트럼은 BELLS 1의 맹렬한 항성풍으로 인해 발생한 것이다. BELLS 1은 시속 350만~870만km로 팽창하고 있으며, 백만 년마다 태양 질량의 10배인 별 물질을 방출한다. 방출된 별 물질은 성운의 형태로 우주공간에서 떠돌다가 다시 미래 세대의 별 형성을 촉발하고 새로운 별로 환생한다. 이것이 바로 별의 윤회다.

곤트 팀이 2018년 하와이의 마우나 케아 화산 꼭대기에 위치한 케크 천문대를 사용하여 BELLS 1을 처음 관찰했을 때 별에는 3개의 방출선이 있었다. 그러나 2022년 후속 관찰에서 BELLS 1은 새로운 방출선을 자랑하며 짧고 활기찬 진화에서 한 단계 더 나아갔음을 보여주었다. 태양의 수백만 배에 이르는 밝기로 빛나는 BELLS 1은 이제 1000만 년 수명의 끝자락에 임박해 있다. 별의 연료가 완전히 떨어지면 천문학자들이 Ia형 초신성이라고 부르는 것으로 폭발한다.

곤트는 “우리는 그것들이 짧은 기간에 존재한다는 것을 알고 있기 때문에 급격한 변화를 볼 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

NASA에 따르면, BELLS 1과 같은 볼프-라이예 별은 거대한 질량의 별이 엄청난 중력으로 인한 급격한 핵융합으로 연료를 빠르게 소진한 다음 대폭발로 짧은 생애를 끝내기 때문에 별의 진화를 지켜볼 수 있는 좋은 본보기로, 천문학자들에게 드물고 귀중한 기회를 제공한다. 은하계에 있는 수천억 개의 별 중 알려진 볼프-라이예 별은 200개에 불과하다. 천문학자들은 1000~2000개 정도 더 있을 수 있지만, 두꺼운 성운들에 가려져 있을 것으로 본다. 하지만 BELLS 1은 말 그대로 흥미진진한 대항성의 마지막 퍼포먼스를 실시간으로 보여주고 있는 중이다.

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com