천문학자들은 백색 왜성이 8분마다 전파 펄스를 방출하는 희귀한 쌍성계를 발견했습니다.

요약:

호주 커틴 대학교의 천문학자들은 죽은 별 중 하나인 백색왜성이 약 8분마다 규칙적인 전파 펄스를 방출하는 매우 희귀한 쌍성계를 발견했습니다. 동반성은 태양과 비슷한 별이다. 과학자들이 백색 왜성과 태양과 같은 별로 구성된 이진계에서 이러한 주기적인 무선 신호를 감지한 것은 이번이 처음이며, 이는 은하계에 있는 신비한 유형의 천체를 이해하는 데 새로운 단서를 제공합니다.

GPM J071507−114153으로 명명된 이 시스템은 지구에서 5,000광년 이상 떨어져 있으며 서로 공전하는 두 개의 별로 구성되어 있습니다. 그 중 하나는 별이 핵연료를 모두 소모하고 진화한 후에 남겨진 고밀도 핵인 백색 왜성입니다. 다른 하나는 G형 별인데, 이는 우리 태양과 유사한 스펙트럼 유형과 기본 특성을 가지고 있습니다.

과학자들이 이전에 발견한 유사한 전파 펄스 시스템에는 일반적으로 백색 왜성과 더 작고 차가운 적색 왜성이 포함되어 있기 때문에 이 발견은 특별한 관심을 끌고 있습니다. 이번에 발견된 동반성은 태양과 유사한 별로, 이런 신비한 천체가 기존에 알려진 것보다 더 풍부한 구성을 갖고 있을 수 있음을 시사한다.

연구원들은 이러한 유형의 물체를 '장기 과도 현상(LPT)'이라는 범주로 분류합니다. 이러한 물체는 몇 분에서 몇 시간까지의 간격으로 무선 펄스를 방출할 수 있으며 신호는 주기적으로 켜지고 꺼집니다. 국제전파천문학연구센터(ICRAR)의 연구원들이 2021년에 처음으로 이러한 물체를 발견한 이후 천문학자들은 약 12개의 유사한 시스템을 확인했지만 이들이 전파 방사선을 생성하는 메커니즘은 아직 완전히 설명되지 않았습니다.

과학자들은 이전에 일부 장주기 과도 광원에서 백색 왜성과 다른 별들로 구성된 쌍성 구조를 발견했지만 어느 별이 무선 신호를 생성했는지 결정하는 것은 항상 어려웠습니다. 이번 연구의 주요 진전은 연구자들이 마침내 펄스 신호의 변화를 통해 쌍성 궤도에서 백색 왜성의 움직임을 직접 관찰할 수 있게 됐다는 점이다.

이 논문의 제1저자이자 SKAO(Square Kilometer Array Observatory)의 의뢰 과학자인 Sam McSweeney는 연구자들이 동반성 주위를 공전하는 백색 왜성의 운동 특성을 식별할 수 있을 만큼 충분히 명확한 신호를 얻은 것은 이번이 처음이라고 말했습니다. 따라서 과학자들은 전파 펄스가 백색 왜성 근처 지역에서 발생하거나 백색 왜성 자체에서 직접 발생한다고 판단할 수 있습니다.

이러한 판단을 검증하기 위해 연구팀은 호주 포시 슈퍼컴퓨팅 연구센터(Pawsey Supercomputing Research Center)를 이용해 100시간이 넘는 전파 관측 데이터를 처리해 백색 왜성의 맥박 신호와 궤도 운동을 분석했다.

이 발견에는 예상치 못한 이득도 있습니다. 백색 왜성이 방출하는 전파 펄스는 실제로 동반성의 활동을 연구하기 위한 자연스러운 탐지 도구가 됩니다.

이 논문의 공동 저자이자 커틴 대학교 부교수인 나타샤 헐리-워커(Natasha Hurley-Walker)는 연구자들이 백색 왜성이 방출한 전파가 태양과 같은 별 주위의 공간을 통과할 때 신호가 별의 활동에 영향을 받는다는 사실을 발견했다고 말했습니다. 이러한 변화를 분석함으로써 팀은 동반성 표면의 항성 플레어를 식별할 수 있었습니다.

이 현상은 태양의 플레어 활동과 유사합니다. 태양 플레어는 많은 양의 에너지를 방출하며 지구의 자기권과 오로라에 교란을 일으킬 수 있습니다. 이 연구는 천문학자들이 전파를 사용하여 5,000광년 이상 떨어진 다른 별에서 유사한 활동을 감지할 수 있음을 보여줍니다.

연구원들은 또한 백색 왜성이 궤도를 돌 때 강한 자기장이 있는 영역 뒤로 지나가는 것을 관찰했습니다. 과학자들은 이 지역이 일종의 별의 홍염, 즉 자기장에 의해 종종 묶여 있고 별의 활동 기간 동안 극적으로 변할 수 있는 별의 표면에서 뻗어나가는 거대한 플라즈마 구조일 가능성이 높다고 추측합니다.

연구팀은 호주의 Murchison Widefield Array 전파 망원경(MWA)을 통해 이 시스템을 처음 발견했습니다. 망원경은 호주에서 관측할 수 있는 은하수 하늘 전체를 스캔할 수 있어 연구자들이 대량의 무선 신호에서 희귀한 주기적 물체를 찾는 데 도움이 됩니다.

이후 연구팀은 남아프리카공화국의 미어캣(MeerKAT) 전파망원경을 이용해 표적의 정확한 위치를 파악한 뒤, 하와이 마우나 케아에 있는 켁 천문대(W.M. Keck Observatory)를 이용해 광학 관측을 실시해 최종적으로 성계 내 G형 동반별의 존재를 확인했다.

이 발견은 또한 차세대 대규모 전파 천문학 시설이 건설되기 전 기존 주요 장비의 과학적 발견 능력을 보여줍니다. MWA와 MeerKAT은 각각 미래 Square Kilometer Array Observatory의 두 가지 주요 구성 요소인 SKA-Low와 SKA-Mid에 대한 파일럿 프로젝트입니다. 전자는 호주에 있고 후자는 남아프리카에 있습니다.

연구원들은 평방킬로미터 배열 관측소가 점진적으로 완성되면 전파 망원경의 감도와 관측 능력이 더욱 향상될 것이라고 믿습니다. 천문학자들은 이전에는 더 자세한 무선 신호 데이터를 식별하고 획득하기 어려웠던 더 많은 장기간의 임시 광원을 발견할 것으로 예상됩니다.

이 연구의 의의는 이전에 확인되지 않은 쌍성 조합을 발견했을 뿐만 아니라 장주기 과도 소스 연구에서 중요한 문제인 쌍성계에서 무선 신호가 오는 별의 문제를 해결했다는 것입니다. 백색 왜성을 펄스 방사선의 원천으로 식별함으로써 과학자들은 자기장 구조, 항성 활동 및 그러한 물체의 쌍성 간의 상호 작용을 추가로 연구할 수 있습니다.

관련 논문은 "태양과 같은 동반자가 있는 장기간의 과도 현상"이라는 제목으로 Nature Astronomy에 게재되었습니다.

현재 장주기 일시적 광원은 여전히 ​​천문학에서 완전히 이해되지 않은 신비한 천체의 일종입니다. 몇 분 또는 몇 시간에 한 번만 무선 펄스를 방출하는 동작은 초당 여러 신호를 방출하는 일반 펄서의 특성과 완전히 다릅니다. 이번 발견은 이러한 비정상적인 신호를 설명하는 새로운 관찰 증거를 제공하지만, 그 뒤에 있는 완전한 물리적 메커니즘은 여전히 ​​추가 연구가 필요합니다.