약 50년 동안 풀리지 않던 감마 카시오페이아 X선 미스터리의 정체가 마침내 밝혀졌다. 보이지 않던 동반성, 즉 백색왜성이 이 별의 물질을 빨아들이며 초고온으로 가열하고 강력한 X선을 만들어낸다는 사실이 확인됐다. 최신 우주 관측 장비 XRISM의 정밀 데이터가 결정적 단서를 제공했다.
감마 카시오페이아 미스터리, ‘숨겨진 별’이 원인이었다
감마 카시오페이아는 맨눈으로도 보이는 밝은 별이다. 하지만 1800년대부터 이미 이상한 특징이 관측됐다. 보통 별은 특정 빛이 어둡게 나타나는데, 이 별은 오히려 밝게 빛나는 선이 나타났기 때문이다. 이 특이한 현상 때문에 ‘Be형 별’이라는 새로운 분류까지 만들어졌다.
이 별은 매우 빠르게 회전하면서 주변으로 물질을 뿜어내고, 그 물질이 원반처럼 둘러싸고 있다. 그런데 1970년대 들어 과학자들을 더 당황하게 만든 현상이 발견됐다. 예상보다 훨씬 강하고 뜨거운 X선을 방출하고 있었던 것이다. 이 X선은 약 1억 5천만 도에 달하는 플라스마에서 나오고 있었는데, 일반적인 별로는 설명이 어려운 수준이었다.
오랫동안 과학자들은 두 가지 가능성을 두고 논쟁해 왔다. 하나는 별 자체의 자기장과 원반이 상호작용해 X선을 만든다는 가설, 다른 하나는 보이지 않는 동반성이 물질을 빨아들이며 X선을 만든다는 가설이었다.
이번 연구에서 XRISM 관측 결과는 결정적이었다. X선을 내는 뜨거운 물질이 ‘보이지 않는 동반성의 공전’과 정확히 함께 움직이고 있다는 사실이 확인됐다. 즉, 작은 백색왜성이 감마 카시오페이아의 물질을 끌어당기며 X선을 만들어내고 있었던 것이다.
[사진=유럽우주국 / 이엘 나제]
별의 진화 이해까지 바꾼 발견
이 발견은 단순히 미스터리 하나를 푼 것에 그치지 않는다. 감마 카시오페이아 같은 별들이 ‘Be형 별 + 백색왜성’이라는 쌍성계라는 사실이 명확해졌기 때문이다.
이 과정은 쉽게 말하면 이런 구조다. 큰 별이 빠르게 회전하며 물질을 밖으로 뿜어내고, 옆에 있던 작고 밀도가 높은 백색왜성이 그 물질을 빨아들인다. 이때 물질이 엄청난 속도로 떨어지면서 극도로 뜨거워지고, 그 결과 강력한 X선이 만들어진다.
흥미로운 점은 이런 시스템이 생각보다 흔하지 않다는 것이다. 과거에는 비교적 흔할 것으로 예상됐지만, 실제 관측 결과는 특정한 조건—특히 질량이 큰 별—에서 더 자주 나타나는 것으로 보인다.
결국엔, 이번 연구는 ‘별이 어떻게 서로 영향을 주며 진화하는지’에 대한 이해를 한 단계 끌어올린 셈이다. 앞으로는 이런 쌍성 시스템을 따로 모델링해 별의 탄생과 변화 과정을 더 정확하게 설명할 수 있게 될 것으로 기대된다.
성치훈 기자/ hello@sciencewave.kr
출처: ScienceDaily, “Astronomers finally solve the gamma-Cas X-ray mystery after 50 years”
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