[쿠키과학] 이론 한계 깬 72분 공전 ‘왜소신성’ 발견

한국천문연구원(이하 천문연)이 공전주기 72분에 불과한 희귀 왜소신성을 발견했다.

이는 기존 이론으로 설명하기 어려운 극단적인 쌍성계로, 별이 죽어가는 마지막 과정과 쌍성 진화의 비밀을 풀 새로운 단서를 제시했다.

천문연 김상철 책임연구원이 주도한 초신성 탐사팀은 외계행성탐색시스템(KMTNet)과 제미니 망원경을 활용해 특이한 왜소신성 ‘KSP-OT-202104a’를 발견했다고 22일 밝혔다.

왜소신성은 두 개의 별이 서로 공전하는 쌍성계에서 나타나는 현상이다.

한쪽 별이 진화하면서 부풀어 오르면 물질이 옆에 있는 백색왜성으로 흘러 들어간다.

이 물질은 백색왜성 주변에서 원반을 형성하는데, 원반이 갑자기 밝아질 때 지구에서는 왜소신성으로 관측된다.

왜소신성은 초신성처럼 별 전체가 폭발하는 현상은 아니지만 발생 빈도가 높아 별의 노년기와 최후를 연구하는 중요한 연구 대상으로 꼽힌다.

연구진이 발견한 KSP-OT-202104a의 가장 큰 특징은 공전주기다.

일반적인 왜소신성은 두 별이 서로 한 바퀴 도는 데 최소 76분 이상 걸린다.

반면 이번에 발견한 천체는 단 72분 만에 공전을 마쳤다.

공전주기가 짧다는 것은 두 별이 그만큼 가까이 붙어 있다는 의미다.

천문학계는 약 76분을 왜소신성이 가질 수 있는 이론적 최소 공전주기로 여겼지만, KSP-OT-202104a는 이 한계를 넘어섰다.

이번 발견으로 최소 공전주기 이하 왜소신성은 10개로 늘었다.

연구진은 2022년 다른 희귀 왜소신성인 KSP-OT-201701a를 발견한 데 이어 이번 천체까지 찾아냈다.

세계적으로 보고된 초희귀 왜소신성 10개 가운데 2개를 한국이 발굴한 것.

이번 발견은 별의 진화 이론에도 새로운 질문을 던진다.

기존 이론에 따르면 쌍성계는 진화 과정에서 점차 가까워지다가 약 76분 수준의 최소 공전주기에 도달한 뒤 다시 멀어진다.

하지만 이번 천체처럼 이보다 더 짧은 주기를 가진 별들이 발견되면서 기존 모델만으로는 설명이 어려워졌다.

천문학자들은 질량이 작은 동반성이 이미 죽음 직전 단계까지 진화했거나 헬륨 함량이 높고 무거운 원소 함량이 낮은 특수한 구조를 가졌을 가능성에 주목하고 있다.

또 별 내부가 일반적인 별보다 더 단단한 구조를 형성했을 가능성도 제기한다.

연구진은 이번 발견이 한국이 구축한 관측 인프라의 경쟁력을 보여주는 성과라고 평가했다.

외계행성탐색시스템은 천문연이 칠레, 남아프리카공화국, 호주에 동일한 1.6m 망원경 3기를 설치해 운영하는 세계 최초의 24시간 연속 관측 시스템이다.

세 지역이 약 8시간씩 시차를 두고 있어 지구가 자전해도 동일 천체를 끊김 없이 관측할 수 있다.

연구진은 이 시스템으로 초신성을 탐사하던 중 KSP-OT-202104a를 발견했다.

이후 미국 하와이와 칠레에 설치된 세계 최대급 광학 관측시설인 제미니 망원경으로 정밀 관측을 수행해 천체의 특성을 분석했다.

이영대 천문연 선임연구원은 “한국이 개발한 외계행성탐색시스템의 24시간 연속 관측 역량과 한국이 참여하는 세계 최대급 제미니 망원경의 성능을 입증했다"며 ”관측자료 확보를 넘어 이를 정교하게 해석하는 연구 역량까지 보여준 성과"라고 말했다.

김상철 천문연 책임연구원은 “초신성 탐사 연구가 예상하지 못했던 왜소신성 발견으로 이어지며 새로운 연구 분야를 열었다"며 ”대규모 탐사 자료가 새로운 발견의 원천이 될 수 있음을 보여줬다"고 말했다.

이번 연구결과는 지난 10일 미국 천문학 학술지 ‘The Astronomical Journal’에 게재됐다.
(논문명: A New WZ Sagittae-type Dwarf Nova KSP-OT-202104a Near the Period Minimum from the KMTNet Supernova Program)

이재형 기자 jh@kukinews.com