초신성 폭발 이전의 흔적 발견
초신성 폭발 이전의 흔적 발견
  • 함예솔
  • 승인 2020.06.24 16:50
  • 조회수 863
  • 댓글 0
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국내 연구진이 약 340년 전 폭발한 초신성의 잔해에서 원형이 그대로 보존된 별의 잔재를 발견했습니다. 초신성으로 폭발하기 전 별의 내부 깊은 곳에서 방출된 물질이 폭발 충격파에 의해 훼손되지 않은 채 원형 그대로 발견된 것은 이번이 처음입니다.   

Nature Astronomy 6월호의 표지. 출처: 서울대학교
Nature Astronomy 6월호의 표지. 출처: 서울대학교

서울대학교 물리·천문학부 구본철 교수가 주도하고 국내외 연구진이 참여한 이번 연구 결과는 <Nature Astronomy>에 게재됐습니다. 

 

카시오페이아 A 초신성 잔해에서 발견한 별의 내부물질

 

위 표지의 천체는 약 340년 전에 폭발한 초신성의 잔해 카시오페이아 A의 엑스선, 광학 합성 이미지로 붉은 색의 작은 덩어리들이 폭발 전 별의 내부 깊은 곳에서 방출된 물질입니다. 구본철 교수 연구팀은 이들 중 하나에서 폭발 충격파에 의해 훼손되지 않고 본래 모습을 간직한 별의 내부 물질을 발견했습니다. 

신성 잔해 Cas A의 엑스선, 광학 합성 이미지. 푸른색은 초신성 충격파에 의해 가열된 기체와 상대론적 전자들의 분포를, 붉은색은 폭발 전 별로부터 방출된 성변물질의 분포를 보여준다. 출처: 서울대학교
신성 잔해 Cas A의 엑스선, 광학 합성 이미지. 푸른색은 초신성 충격파에 의해 가열된 기체와 상대론적 전자들의 분포를, 붉은색은 폭발 전 별로부터 방출된 성변물질의 분포를 보여준다. 출처: 서울대학교

초신성 잔해에서 원형이 그대로 보존된 별의 잔재를 발견한 것은 화마가 휩쓸고 간 숲에서 아직 불에 타지 않은 나무를 발견한 것에 비유할 수 있습니다. 카시오페이아 A(Cassiopeia A) 초신성 잔해는 우리 은하의 가장 젊은 초신성 잔해 가운데 하나입니다. 초신성 폭발 연구에 매우 중요한 천체이나 폭발 전 별의 본질은 아직 불확실합니다. 카시오페이아 A는 지구로부터 약 11,000광년 떨어져 있으며 태양 질량의 15배에서 25배 정도 되는 별이 폭발한 것으로 알려져 있습니다. 

초기 질량이 태양 질량의 20배인 적색초거성(red supergiant)의 내부 화학 구조. CNO 과정과 연관된 원소들의 질량 비율을 보여주고 있다. 출처: 서울대학교
초기 질량이 태양 질량의 20배인 적색초거성(red supergiant)의 내부 화학 구조. CNO 과정과 연관된 원소들의 질량 비율을 보여주고 있다. 출처: 서울대학교

연구팀은 미국 로웰 천문대 4.3m 망원경(Lowell Discovery Telescope)에 설치된 근적외선 고분산 분광기 IGRINS를 이용해 별 잔재 물질의 스펙트럼을 얻었으며 스펙트럼을 분석해 잔재 물질에 있는 철(Fe) 원자가 대부분 기체 상태로 존재함을 밝혔습니다. 

a) NLC, (b)  BLC. (c) 허블 우주 망원경 WFC3/UVIS F625W 이미지. d) QSF 24에서 [Fe II] 선이 가장 밝은 영역 Clump A의 구조를 보여주는 도해. 출처: 서울대학교
a) NLC, (b) BLC. (c) 허블 우주 망원경 WFC3/UVIS F625W 이미지. d) QSF 24에서 [Fe II] 선이 가장 밝은 영역 Clump A의 구조를 보여주는 도해. 출처: 서울대학교

IGRINS(Immersion Grating Infrared Spectrograph)는 한국천문연구원과 텍사스 대학교(오스틴)가 공동개발한 근적외선 고분산 분광기입니다. 

 

이번 연구 결과는 별 내부 깊은 곳의 화학 조성을 가진 물질에서의 티끌 생성 이론과 일치하며 초신성 폭발 이전 별의 진화 상태가 청색 초거성인 이론적 모형을 지지합니다. 

 

  • 청색 초거성(blue supergiant)

태양보다 매우 크고 밝은 고온의 별입니다. 온도는 10,000 K~50,000 K, 광도는 태양의 약 10,000배에서 100만배에 이릅니다. 최신 이론에 따르면 일부 무거운 별들은 마지막 단계에서 청색 초거성이 되어 Cas A와 같이 매우 얇은 최외각 수소층을 가지고 있는 초신성으로 폭발할 수 있습니다.   

 


 

##참고자료##

 


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