요약:
약 850년 전에 폭발한 별의 잔해는 초신성 폭발에 대한 사람들의 전통적인 이해에 도전하고 있습니다. 국제 연구팀은 지금까지 가장 선명한 관측 영상을 얻기 위해 제미니북 망원경을 이용했고, 그 결과 유명한 초신성 잔해 Pa 30 내부에 이전에 해결되지 않았던 수많은 가스 구조가 숨어 있다는 사실을 발견했다. 더욱 놀라운 것은 폭발을 일으킨 별이 완전히 파괴되지 않고 오늘날까지 살아남았다는 점이다.
Pa 30은 지구에서 약 7,500광년 떨어져 있습니다. 바깥 둘레가 민들레와 비슷한 방사상 모양을 보여 오랫동안 천문학자들의 주목을 받아왔다. 이 목표는 원래 2013년 시민 과학자에 의해 발견되었습니다. 나중에 천문학자들은 그것이 서기 1181년에 기록된 초신성 폭발과 관련이 있다고 판단했습니다. 이 천문학적 사건은 중국, 일본, 아랍 지역의 천문학자들에 의해 독립적으로 기록되었습니다. 이러한 확인을 통해 Pa 30은 망원경이 발명되기 전에 명확하게 기록되었고 결국 나머지 대응물이 발견된 단 5개의 역사적 초신성 중 하나가 되었습니다.
이 연구는 하버드-스미스소니언 천체물리학 센터의 팀 커닝햄(Tim Cunningham)과 오스트리아 과학기술연구소(ISTA) 조교수인 일라리아 카이아조(Ilaria Caiazzo)가 공동으로 주도했으며, 그 결과는 천체물리학 저널(Asphysical Journal)에 게재되었습니다.
연구팀은 하와이 마우나 케아에 있는 제미니 북 망원경을 이용해 Pa 30에 대한 고해상도 관측을 실시했습니다. 이온화된 황과 이중 이온화된 산소에서 방출되는 빛의 특정 파장을 분석함으로써 연구진은 유적의 내부 구조를 전례 없는 정밀도로 관찰할 수 있었습니다.
결과는 새로운 이미지가 이전에 관찰된 것보다 약 10배 더 많은 필라멘트형 가스 구조를 드러낸다는 것을 보여줍니다. 매끄럽고 연속적인 흐름이 아닌, 이러한 구조는 끈에 달린 진주처럼 크고 촘촘하게 채워진 가스 매듭으로 구성됩니다.
Caiazzo는 Pa 30이 지구와 상대적으로 가깝기 때문에 과학자들이 이러한 풍부한 세부 사항을 볼 수 있다고 말했습니다. 그녀는 각 가스 매듭의 규모가 극도로 크고, 태양에서 해왕성 궤도까지 이어지는 태양계의 면적조차도 10개 이상을 쉽게 수용할 수 있다고 지적했습니다. 이러한 가스 매듭의 모양과 크기의 일관성은 특히 놀랍습니다. 연구팀은 앞으로 이들의 형성 메커니즘을 이론적 모델을 통해 설명할 계획이다.
또한 연구에서는 유물의 중심에 위치한 별이 Iax형 초신성의 폭발에서 살아남은 '좀비 별'이라는 사실도 추가로 확인했습니다.
Iax형 초신성은 극히 드문 불완전 폭발 사건입니다. 별을 완전히 파괴하는 전통적인 초신성과 달리 이러한 유형의 폭발은 남은 핵을 남깁니다. Pa 30은 현재 은하계에서 유일하게 알려진 Iax형 초신성 잔해입니다. 과학자들이 다른 은하에서도 유사한 물체를 발견했지만 Pa 30은 살아남은 별이 직접 관찰된 유일한 경우입니다.
이전 연구에서는 Pa 30이 두 개의 백색 왜성의 충돌로 형성되었을 수 있다고 믿었습니다. 백색 왜성은 진화된 별의 고밀도 잔해로, 부피는 지구 크기에 가깝지만 질량은 극도로 높습니다. 두 개의 백색 왜성이 충돌하면 희귀한 Iax형 초신성 폭발이 발생할 수 있습니다.
많은 초신성 사건에서 폭발은 완전히 대칭이 아니기 때문에 살아남은 물체는 일반적으로 "반동"과 같은 속도를 얻고 폭발 중심에서 격렬하게 밀려납니다. 그러나 연구팀은 Pa 30에서 살아남은 별들이 성운의 중심에 거의 정확하게 위치하고 있으며, 측면 운동 속도가 매우 느리다는 사실을 발견했습니다.
Caiazzo는 물리학에서 운동량 보존은 폭발 과정이 고도로 대칭이라면 방출된 물질도 대칭 분포를 유지해야 하며 나머지 별은 상당한 반동 속도를 얻지 못한다는 것을 의미한다고 설명했습니다. 연구팀의 측정 결과, 별의 측면 속도의 상한은 너무 작아서 폭발 현장을 벗어나는 것이 거의 보이지 않는 것으로 나타났습니다.
이 발견은 Iax형 초신성이 어떻게 형성되는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다.
Iax형 초신성은 드물지만, 연구자들은 은하수에 그러한 유물이 더 많이 숨겨져 있을 수 있다고 믿습니다. 커닝햄은 인류가 항성 폭발 사건을 확실하게 기록한 역사는 약 천년에 불과하기 때문에 아직 발견되지 않은 유사한 표적이 많이 있지만 단지 은하수 깊은 어두운 지역에 숨겨져 있을 뿐일 가능성도 배제할 수 없다고 지적했습니다.
그는 과학자들이 지금 이렇게 특별한 천체를 연구할 수 있게 된 것은 큰 행운이라고 말했습니다. 왜냐하면 이 폭발은 역사적 시기에 일어났을 뿐만 아니라 여러 문명의 독립적인 관측 기록을 남겨 현대 천문학에 귀중한 시간 좌표를 제공하기 때문입니다.
연구팀은 차세대 대형 망원경이 계속해서 사용됨에 따라 인간이 더 유사한 '좀비별' 시스템을 발견할 것으로 예상하고 있습니다. 동시에 Pa 30은 그러한 물체를 식별하는 데 중요한 참조 샘플이 될 것입니다.
현재 Pa 30에는 고도로 균일한 구조를 가진 가스 매듭이 어떻게 형성되는지 등 아직 풀리지 않은 수수께끼가 많이 남아 있습니다. 연구원들은 앞으로 더 심층적인 관찰과 빅데이터 분석을 사용하여 은하수와 인근 은하계의 후보 대상을 선별하기를 희망합니다.
커닝햄은 현대 천문학이 빅데이터 시대에 진입했으며, Pa 30이 보여주는 독특한 특성은 연구자들이 대규모 관측 데이터에서 더 유사한 유물을 찾는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다.
Caiazzo는 관측 거리가 길어질수록 천체 신호가 약해지고 확인하기가 더 어려워진다고 지적했습니다. Iax형 초신성은 먼 은하계에서도 발견될 수 있지만, 그 잔해 구조는 종종 해결되지 않습니다. 따라서 Pa 30과 같이 상대적으로 가깝고 잘 보존된 표적은 특히 가치가 있습니다. 연구팀은 앞으로 Pa 30의 독특한 특성을 활용해 은하수와 주변 은하계에서 폭발했지만 살아남은 더 많은 별을 계속해서 찾아낼 계획이다.
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