천문현상이 기록된 이래 가장 밝은 초신성(超新星)의 폭발이 관측됐다.
주인공은 NGC1260 은하에 있는 초신성 SN2006GY. NGC1260 은하는 태양계가 속한 우리 은하에서 2억4,000만 광년 떨어져 있으며, 초신성 SN2006GY는 쌍생성 불안정성 초신성(Pair-Instability Supernova)으로 태양의 150배 쯤 되는 질량을 가지고 있었다.
초신성이란 신성(新星)보다 1만 배 이상의 빛을 내는 신성을 말한다. 질량이 큰 별이 진화하는 마지막 단계로 급격한 폭발을 일으켜 엄청나게 밝아진 뒤 점차 사라진다. 별의 일생 가운데 갑작스런 죽음의 단계를 일컫는 초신성은 별의 형성, 은하의 형성, 더 나아가 우주 탄생 및 진화의 비밀을 간직하고 있다.
그런데 초신성 SN2006GY는 다소 특이한 방식으로 우주 최대 규모의 폭발을 일으켰다. 작고 일반적인 초신성들은 외벽을 날려 버리고 잔해를 중성자핵이나 블랙홀 속으로 밀어 넣어버리는데 반해 쌍생성 불안정성 초신성은 더욱 격렬한 방식으로 최후를 맞았다. 이 초신성은 70일간 서서히 밝아지다가 폭발의 절정기에는 태양 500억 개를 합친 것과 같은 빛을 내품었으며, 이때의 밝기는 우리 은하 전체의 10배에 달했다. 이는 이제까지 알려지지 않았던 별의 새로운 사멸 방식이다.[24 페이지 참조]
천체물리학자들은 이 같은 폭발이 우주에 철과 같은 중금속을 뿌려 행성의 탄생을 돕는다고 주장하고 있다.
초신성을 발견하는 방법
하늘을 샅샅이 살펴라
캘리포니아 공과대학의 천문학자 로버트 큄비는 SN2006GY를 포함해 천문학 사상 가장 밝은 초신성 2개를 발견했다. 그는 로봇이 제어하는 망원경을 가지고 밤마다 하늘을 살핀다. 그는 그날 본 하늘의 모습을 전날 촬영한 하늘의 사진과 대조, 기존에 없던 밝은 빛이 생기지 않았는지 살핀다.
핵을 놓치지 마라
대부분의 초신성 관찰자들은 은하의 핵이나 대규모 블랙홀 주변을 잘 살피지 않는다. 이 같은 곳에서는 가짜 신호가 너무 많이 나오기 때문이다. 하지만 큄비는 이런 곳에서 초신성을 발견했다. 그는 아무도 눈여겨보지 않는 이런 곳을 주의 깊게 관찰했다.
많은 사람을 동원하라
큄비는 다른 천문학자들에게 자신이 발견한 것을 알려주었다. 그러자 한 달도 안 돼 캘리포니아 버클리대학의 천체물리학자 네이선 스미스가 연구팀을 조직, 여러 천문대에서 광학 및 분광 데이터를 모았다. 그들은 찬드라 X선 천문대에서 SN2006GY의 X선 방출을 측정하기도 했다.
쌍생성 불안정성 초신성의 사멸
핵융합을 통해 안정
거대한 별의 내부에서는 수소핵융합을 통해 헬륨이 생성된다. 이 반응으로 생성된 에너지는 감마선이 되어 별의 몸체를 가열하면서 바깥쪽으로 밀어낸다. 이 힘이 별을 축소시키려는 중력과 균형[1]을 이루면 별은 안정되는 것이다.
높은 질량으로 생긴 특이한 환경
하지만 대부분의 별에서는 결국 중력이 이기게 돼 있다. 별이 핵융합할 원자를 다 써버리면 중력에 맞설 충분한 압력을 만들지 못하게 된다. 따라서 별의 외피는 폭발해 버리고 나머지는 중력을 이기지 못한 채 찌그러들어 중성자성이나 블랙홀이 되는 것이다. 하지만 초신성 SN2006GY는 질량이 매우 크기 때문에 밝게 빛나며 다른 별과는 사멸 방식도 다르다.
쌍생성으로 에너지가 감소
쌍생성 불안정성 모델은 엄청난 질량을 가진 뜨거운 별에서 볼 수 있다. 핵의 온도가 섭씨 10억˚에 달하면 핵융합할 때 나오는 감마선이 전자와 그 반물질인 양전자를 만들게 된다[2].
열핵반응으로 결말
별의 안쪽으로 향하는 중력을 상쇄시키던 감마선이 사라지면 중력이 별을 압축시켜 핵을 철이나 니켈 등의 중금속으로 변화시키게 된다[3]. 핵의 온도가 30억˚에 달하게 되면 열핵반응이 일어나 별이 산산조각 나고 아무것도 남지 않게 된다[4].
FAQs
일반적인 별이 어떻게 여러 가지 원소들을 만들어 내는가?
핵에서 수소 원자를 융합시켜 헬륨을 만들어 낸다. 별의 크기가 크다면 이 같은 과정이 계속된다. 헬륨 원자가 융합돼 탄소가 생성되고, 이런 방식으로 철 원자도 만들어진다.
SN2006GY가 일반적인 초신성이 아니란 점을 어떻게 알았나?
SN2006GY는 기존의 초신성보다 훨씬 밝을 뿐 아니라 1년 이상 빛나고 있다. 방사성 니켈이 붕괴하면서 생기는 에너지가 초신성의 빛을 만든다. 스미스는 SN2006GY가 훨씬 많은 니켈을 붕괴시키기 때문에 더욱 밝은 것으로 보고 있다.
발견 내용을 어떻게 확신할 수 있나?
더 많은 관측을 해야한다. 발견 내용이 옳다면 SN2006GY가 어두워지는 속도와 방사성 니켈의 붕괴 속도가 일치하는 것을 알 수 있을 것이다.
별의 사멸 방식을 정하는 요소는 무엇인가?
과학자들은 별의 사멸에 얽힌 복잡한 요소들을 이제야 이해하기 시작했다. 별을 이루는 물질(수소냐 또는 더 무거운 원소냐에 따라 다름)과 질량에 따라 죽은 별은 백색 왜성, 중성자성, 블랙홀 중 하나가 될 것이다.
태양은 죽으면 어떻게 되나?
앞으로 70억년 후 수소와 헬륨으로 이루어진 태양의 외벽은 폭발해 날아가 버리고, 밀도가 높은 탄소와 산소로 이루어진 핵은 천천히 식어가면서 백색 왜성이 될 것이다. 큄비의 말처럼 태양은 죽지 않는다. 다만 사라질 뿐이다.
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