초신성을 생성하는 별은 얼마나 자주 폭발할까?

지금으로부터 400년 전, 이전에는 볼 수 없었던 별이 갑자기 밤하늘에 나타났습니다. 지난 1604년 10월 9일 발견된 이 별은 다른 모든 별보다 더 밝았습니다. 1년 동안 이 별을 연구한 독일의 천문학자 요하네스 케플러는 이후 '데 스텔라 노바'라는 제목의 책을 썼습니다. 1940년대 들어 그 물체가 폭발한 별이라는 것을 깨달은 과학자들은 그것을 '케플러의 초신성'이라 불렀습니다. 1604년 사건 이후 우리 은하계에서는 어떠한 초신성도 발견되지 않았습니다. 그리고 오늘날 강력한 우주 관측소 세 곳의 합동 노력으로 다채로운 그림이 탄생했습니다. 초신성의 잔재인 가스와 먼지 구름이 팽창하는 이 이미지는 천문학자들이 이러한 폭력적이고 수수께끼 같은 사건을 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 이 장면은 우리로부터 약 13,000광년 떨어져 있습니다.

 

더 가까이

앞서 나사는 머나먼 은하계에서 별이 곧 폭발할 것이라는 신호를 보낼 수 있는, 세 번의 에너지 폭발을 발표했습니다. 이것은 가장 무거운 별들이 삶을 마감하는 방식이며, 그 결과 종종 블랙홀이 형성됩니다. 이러한 초신성을 미리 발견하는 것은 죽어가는 별의 죽음의 고통을 완전히 이해하지 못하는 천문학자들에게 큰 도움이 될 수 있습니다. 초신성은 행성과 식물, 사람 등 우주의 모든 요소를 생성합니다. 컴퓨터를 모델로 한 폭발 단계는 라바 램프와 유사한 것으로 묘사되었습니다. 과학자들은 실제로 무슨 일이 일어나는지 관찰하는 대신, 케플러 초신성의 잔해와 상대적으로 가까운 폭발의 남은 잔재를 연구해야 합니다. 새롭게 공개된 사진에서는 14광년 너비의 거품 모양 가스와 먼지 장막이 폭발한 별을 둘러싸고 있었습니다. 천문학자들은 "거품이 초당 2,000km의 속도로 팽창하고 있다"라고 설명했습니다. 이것은 성간 물질에 충돌하여 분자를 뒤흔들고 다양한 파장의 빛을 생성하는 충격파를 설정하며, 해당 이미지는 찬드라 X선 관측소, 적외선 스피처 우주망원경, 허블 우주망원경이 수집한 가시광선 데이터를 결합한 것입니다.

 

색상으로 구분

눈에 보이지 않는 적외선 및 X선 데이터는 천문학자들에게 유용한 이미지를 만들기 위해 색상을 입혔습니다. 존스 홉킨스 대학의 라비 산크릿은 "초신성 잔해가 어떻게 진화하는지에 대한 완전한 그림을 모으기 위해서는 다중 파장 연구가 절대적으로 필요하다"라고 이야기했습니다. 노란색으로 표시되는 가시광선은 초신성 충격파가 주변 가스의 밀도가 가장 높은 영역에 부딪히는 위치를 보여줍니다. 밝은 매듭은 충격파 뒤에 형성되는 불안정성으로 인해 발생하는 두꺼운 물질 덩어리입니다. 얇은 필라멘트는 충격파가 보다 균일하게 분포되고 밀도가 낮은 성간 물질을 통과하는 위치를 시사합니다. 빨간색으로 표시된 적외선 데이터는 충격파에 의해 가열된 미세한 먼지 입자이며, 파란색 영역은 매우 뜨거운 가스나 극도로 높은 에너지의 입자가 작용하면서 발생하는 X선입니다. 녹색은 더 차가운 가스에서 나오는 저 에너지 X선을 나타냅니다. 존스 홉킨스 소속이자 산크리트 산스크리트 연구의 공동 리더인 윌리엄 블레어는 "분석이 완료되면 우리는 이 수수께끼의 물체에 대한 몇 가지 중요한 질문에 답할 수 있을 것"이라 밝혔습니다. 케플러의 초신성 잔해는 과학자들이 연구 중인 여러 개 중 하나일 뿐입니다. 블레어는 "한 가지는 분명하다. 죽어가는 별이 우주로 보내는 물질은 다양한 극적인 형태를 취한다는 것"이라고 말했습니다. 이어 그는 "흥미롭게도 우리 태양계는 오래전에 폭발한 별들이 깎아 만든 주머니와 터널로 가득 찬 거대한 공동에 존재하는 것으로 보인다"라고 부연했습니다.

 

별은 얼마나 자주 초신성으로 폭발할까?

우리은하와 같은 전형적인 은하에서는 약 100년마다 초신성이 터집니다. 우리가 지구에서 보는 관점에서는 성간 먼지가 우리의 시야를 가리기 때문에 은하계에서 발생하는 모든 초신성을 볼 수 없습니다. 400년 전 발생한 케플러 초신성은 우리은하 원반 내부에서 볼 수 있었던 마지막 초신성입니다. 과학자들은 통계를 들어 "우리는 또 다른 별의 폭발을 목격하기에는 너무 늦었다"라고 보고했습니다. 케플러 초신성은 티코 브라헤가 우리 은하계에서 별의 폭발을 목격한 지 30년 후에 폭발한 것으로 나타났습니다. 최근 목격된 가장 가까운 초신성은 1987A로, 천문학자들은 지난 1987년 우리 은하계 이웃인 대마젤란운에서 이를 염탐했습니다.

 

초신성이 중요한 이유

모든 별은 핵융합을 통해 탄소와 산소 같은 무거운 화학 원소를 만듭니다. 핵융합이란 가벼운 원소가 융합되어 무거운 원소를 만드는 과정입니다. 금, 우라늄 등 철보다 무거운 많은 화학 원소는 초신성 폭발의 열과 압력으로 생성됩니다. 이러한 무거운 원소는 성간 매체를 풍부하게 하고 지구와 같은 별 및 행성의 구성 요소를 제공합니다.

 

어떤 별이 초신성을 생성하는가

초신성을 생성하는 별은 두 가지 유형입니다. 첫 번째 유형은 Ia형 초신성이라고 불리며, 별의 타버린 핵에서 생성됩니다. 백색 왜성이라 불리는 이 별의 유물은 동반성으로부터 수소를 빨아들이고, 우리 태양보다 질량이 1.4배 더 커집니다. 이것을 찬드라세카르 한계라고 합니다. 이 과잉된 몸집 불리기는 백색 왜성을 구성하는 탄소와 기타 화학 원소의 폭발적인 연소로 이어집니다. 우리 태양보다 8배 이상 무거운 별은 II형이라 불리는 두 번째 유형을 생성합니다. 별의 핵연료가 고갈되면 핵이 붕괴되는데, 이후 주변 레이어는 코어에 충돌하고 다시 튀어나와 외부층이 찢어집니다.

 

1604년 초신성 당시 별은 폭발했나

이러한 질문에 과학자들은 "아니다"라고 답합니다. 폭발은 수천 년 전에 일어났지만, 폭발의 빛은 1604년이 되어서야 지구에 도달했습니다. 빛이 우리에게 도달하기까지 오랜 시간이 걸린 것은 거리와 관련이 있습니다. 초신성은 약 13,000광년 떨어져 있으며, 1광년은 빛이 1년 동안 이동할 수 있는 거리를 의미합니다. 이것은 약 6조 마일, 즉 10조 킬로미터입니다. 초신성은 13,000광년 떨어져 있기 때문에 폭발한 별에서 나온 빛이 지구에 도달하는 데에는 13,000년이 걸렸습니다.