천문硏, 지금껏 발견된 것 중 가장 먼 왜소신성 발견

[이데일리 이연호 기자] 한국천문연구원은 김상철 박사가 주도하는 초신성 탐사 관측 연구진이 외계행성탐색시스템(이하 KMTNet, Korea Microlensing Telescope Network)을 이용한 초신성 탐사(survey) 관측 중 이제까지 발견된 왜소신성 중 거리가 가장 멀고 우리은하의 헤일로에 존재하는 왜소신성을 발견했다고 20일 밝혔다.

우리은하를 위에서 본 모습(평면도)과 옆에서 본 모습(측면도) 그리고 이번에 발견한 헤일로의 왜소신성 KSP-OT-201611a의 위치. 그림: 왼쪽 NASA/JPL-Caltech / 오른쪽 ESA.

우주 속 별들의 절반 이상은 두 개 이상이 함께 존재하고 태양처럼 혼자 존재하는 경우는 소수다. 별의 진화 연구에는 혼자 있는 별보다 둘 또는 여럿이 존재하며 상호작용을 주고받는 사례가 더 유용하다. 쌍성계의 한 별이 동반성으로부터 빛을 만들 수 있는 물질을 재공급 받으면 별이 갑자기 밝아지는데 이런 별을 신성(新星, nova)이라 한다. 밝아지는 정도가 신성보다 낮으면 왜소신성, 훨씬 크면 초신성이 된다.

왜소신성은 신성이나 초신성에 비해 덜 밝아 가까운 거리에 있어야 발견이 쉽다. 이제까지 알려진 왜소신성들은 대부분 지구로부터의 거리가 3000광년보다 가까운 태양계 부근에서 발견됐다. 이들은 우리은하의 세 구성성분인 원반, 중앙 팽대부, 헤일로 중 원반에 속해 있는 것으로 알려져 있다. 이번에 한국천문연구원 연구진이 발견한 왜소신성 ‘KSP-OT-201611a’는 거리가 우리은하 중심으로부터는 약 4만5000광년(지구에서 약 2만4000광년)이고 우리은하 평면에서 5500광년이나 떨어져 있어 우리은하 헤일로에 존재하는 것으로 밝혀졌다. 헤일로는 우리은하의 구성성분 중 하나로 은하 전체를 감싸듯이 구형으로 분포하고 있는 구름을 말한다.

헤일로는 원반이나 팽대부보다 넓은 영역에 퍼져 있지만 천체가 많지 않고 대부분 어둡고 멀기 때문에 연구하기 어렵다. 하지만 암흑물질을 포함하고 있을 것으로 여겨져 중요한 성분으로 꼽힌다. 주로 구상성단이나 거문고자리 RR형 변광성, 행성상 성운 등으로 연구했는데 이번처럼 헤일로에서 발견되는 왜소신성의 수가 늘어난다면 헤일로를 연구할 수 있는 새로운 도구를 찾은 셈이 된다.

왜소신성이 우리은하의 원반 내부 또는 태양계 근처에 있는 경우에는 백색왜성과 짝을 이루는 동반성이 태양과 별로 다르지 않지만 왜소신성이 헤일로에 존재한다면 동반성은 원반에 있는 경우보다 별 내부의 중원소(금속) 함량이 적고 나이도 많을 것으로 기대된다. 이번 발견과 같이 새로 발견한 헤일로 왜소신성의 관측자료들은 동반성의 중원소 함량이 적은 경우를 설명하는 왜소신성의 이론과 모형들을 개선하는 데 중요한 역할을 한다.

이번 연구를 이끈 한국천문연구원 광학천문본부 이영대 박사는 “우리은하 헤일로 천체의 관측이 쉽지 않은데 헤일로를 연구할 수 있는 새로운 도구를 찾아 기쁘다”며 “이 연구는 24시간 연속 관측이 가능한 KMTNet의 영향력을 보여주는 대표적인 경우”라고 전했다.

김상철 박사는 “망원경의 시간을 막대하게 투자해야 하는 탐사 관측은 목적했던 바를 이룰 수 있게 해줄 뿐만 아니라 전혀 예상하지 못한 새로운 발견도 가능케 한다”며 “초신성을 관측하던 중 이 특별한 왜소신성을 발견한 것처럼 앞으로 KMTNet을 이용한 초신성 탐사 관측이 또 어떤 새로운 흥분을 가져다줄지 기대하고 있다”고 말했다.

한국천문연구원 초신성 탐사 관측 연구진은 우리은하 또는 외부은하의 초신성을 찾고 정밀 관측해 별의 폭발 과정, 무거운 원소들의 생성 과정, 블랙홀의 탄생이나 중력파 방출 과정 등을 연구하기 위한 탐색연구를 수행 중이다.

한편 이번 연구 논문은 천문학 분야 최상위급 학술지인 미국 천체물리학저널(The Astrophysical Journal) 8월 1일자에 실렸다.