'불꽃놀이형' 희귀 초신성 발견됐다

미국 다트머스대 연구팀 미국의 한 대학 천문학자들이 마치 불꽃놀이의 폭죽처럼 사방으로 폭발하고 있는 초신성을 발견해 관심을 끌고 있다. 보통 초신성은 폭발하면서 발생한 가스와 먼지가 엉켜 있어 말미잘처럼 불규칙한 모습을 보이는데, 이번처럼 불꽃놀이 폭죽처럼 보이는 초신성의 모습을 확인한 것은 처음이다.

불꽃놀이처럼 사방으로 가느다란 방사선을 방출하는 희귀 초신성 Pa 30. 사진출처=미국 다트머스대 홈페이지.

미국 동부 다트머스대 천문학자들은 지난 12일 열린 미국 천문학회 241차 회의에서 이같은 관측 결과를 발표했다. 이들이 내놓은 사진은 2013년 한 아마추어 천문학자가 미 항공우주국(NASA)의 '광역적외선관측탐사선(WISE)'의 관측 결과를 이용해서 찾아낸 'Pa 30' 초신성이었다. 그런데 이 초신성은 추가 관측이 이뤄질수록 천문학자들을 놀라게 하고 있다. 2019년 로모노소프 모스크바 주립대 연구팀은 Pa 30의 중심부에 위치한 항성의 표면 온도가 무려 20만 켈빈(섭씨 19만9700도)이나 되며 항성풍이 무려 광속의 약 5%인 초속 1만6000km의 속도로 외부로 불고 있었다. 일반적인 온도 및 항성풍 속도보다 훨씬 높은 수치였다. 2021년 홍콩대 연구팀은 이 초신성이 850년 전인 1181년에 목격된 초인성 폭발의 잔해라는 이론을 제시해 관심을 끌기도 했다.

이변 '불꽃놀이형' 초신성 폭발이라는 희귀 현상을 관측한 연구팀은 잔해들이 방출한 스펙트럼에서 황(sulfur) 원소와 관련된 파장에 초점을 맞춰 이미지를 재현했다. 애리조나 키트 피크에 있는 미시간-다트머스-MIT 천문대의 직경 2.4m 힐트너 망원경을 사용해 황 원소에 민감한 광학 필터로 잔해들을 이미지화한 것이다.

연구팀은 이번 관측을 통해 'Pa 30' 초신성이 실제 1181년 관측됐던 초신성 폭발의 잔해라는 것을 확인하는 데 도움을 줬다. 뿐만 아니라 다른 어떤 초신성에서도 발견된 적이 없는, 즉 수백개의 작고 가느다란 방사선들이 외부로 분출되는 현상을 관측했다. 애초 게자리 성운 초신성처럼 말미잘처럼 둥그스름하거나 타이코 초신성처럼 뒤죽박죽 섞인 공과 같은 이미지를 예상했던 것과는 전혀 다른 이미지였다.

이같은 초신성의 불꽃놀이형 잔해 분출 현상의 원인은 아직 밝혀지지 않고 있다. 일단 홍콩대 연구팀은 2021년 이같은 종류의 초신성을 lax 형으로 분류하자고 제안한 상태다. 일반적인 초신성인 la형은 백색 왜성이 동반 항성을 흡수하면서 거대해지다가 마침내 폭발해 잔해를 뿌린다. 하지만 이번에 발견된 lax형 초신성의 경우 항성이 어떤 방식으로든 간에 살아남기 때문에 '좀비별'이라고 불리기도 한다.

홍콩대 연구팀은 두 개의 백색 왜성이 서로 충돌해 Pa 30과 같은 불꽃놀이형 폭발이 일어날 수 있다고 보고 있다. 그렇다면 많은 양의 황 성분이 적외선 스펙트럼 분석에서 관측된 것과 다른 가벼운 원소들이 관측되지 않는 이유가 설명된다. 그러나 기존의 이론, 즉 초신성은 백색 왜성이 동반 항성을 빨아들이면서 늘어난 무게를 견디지 못하고 폭발해 발생한다는 학설과는 배치된다는 점이 고민거리다.

연구팀은 허블 우주망원경과 제임스 웹 우주망원경(JWST) 등을 동원해 추가 관측을 통해 'Pa 30' 초신성을 정밀 관측해 이런 의문을 해소할 계획이다. 다행히 이 초신성은 지구로부터 2.3킬로파섹(1킬로파섹=3260광년)밖에 떨어지지 않아 관측이 용이한 편이다.