새로운 발견은 오랫동안 수소가 부족한 초신성과 중성자별의 합병의 핵심으로 여겨졌던 뜨거운 헬륨별의 존재를 확인시켜 줍니다. 토론토 대학의 천문학자들은 쌍성계의 동료들에 의해 수소 껍질이 벗겨진 거대한 별들의 집단을 발견했습니다. 사이언스(Science) 12월 14일호에 발표된 이번 발견은 수소가 부족한 핵 붕괴 초신성과 중성자별 합병의 기원으로 여겨지는 뜨거운 헬륨별의 신비를 밝혀줍니다.

이 작가의 인상은 뜨겁고 밝고 무거운 별들의 진화를 보여줍니다. 질량이 더 큰 밝은 별이 먼저 팽창하다가 외부 층이 동반성의 중력을 강하게 느끼기 시작할 때까지입니다. 그러면 동반성은 주성으로부터 물질을 끌어오기 시작합니다. 호스트 별의 수소가 풍부한 봉투 전체가 벗겨지면 수축됩니다. 출처: NavidMarvi, Carnegie Institute for Science 제공

별 진화의 이론과 현실

10년 넘게 과학자들은 쌍성계의 거대한 별 3개 중 1개 정도가 수소 껍질을 벗겼다고 추측해 왔습니다. 그러나 현재까지 유력한 후보는 단 한 명으로 확인됐다.

토론토 대학교 던랩 천문학 및 천체물리학과 조교수이자 던랩 천문학 및 천체물리학 연구소 부연구원인 마리아 드라우트(Maria Drout)는 "이것은 거대하고 명백한 취약점입니다."라고 말했습니다.

Drout는 "이 별들이 희귀하다는 것이 밝혀지면 초신성, 중력파 및 먼 은하계의 빛에 영향을 미칠 수 있는 모든 다양한 현상에 대한 우리의 전체 이론적 틀이 잘못될 것"이라고 말했습니다. "이 발견은 이 별들이 실제로 존재한다는 것을 보여줍니다. 앞으로는 이 별들의 물리학을 더 자세히 연구할 수 있습니다. 예를 들어, 우리가 볼 수 있는 중성자별 합병의 수에 대한 예측은 사람들이 처음으로 추론해 온 항성풍에서 얼마나 많은 물질이 떨어져 나가는지와 같은 별의 특성에 따라 달라집니다."

NASA의 Swift-UVOT 망원경의 관측은 우리에게 가장 가까운 두 개의 주요 은하인 대마젤란운과 소마젤란운의 자외선으로 포착한 가장 자세한 개요를 제공합니다. 연구원들은 이 자외선 데이터 세트를 사용하여 이 논문의 목표로 삼은 후보 시스템을 식별했습니다. 출처: NASA/Swift/S.Immler(Goddard) 및 M.Siegel(PennState)

이중 벗겨지는 별과 우주 현상

이중 줄무늬 별은 이전에 핵붕괴 초신성의 1/3이 전형적인 적색초거성 폭발보다 훨씬 적은 양의 수소를 함유하고 있는 이유를 설명하는 데 사용되었습니다. Drout와 그녀의 동료들은 새로 발견된 별들이 결국 수소가 부족한 초신성으로 폭발할 것이라고 제안했습니다. 이러한 별계는 또한 지구상의 LIGO 실험에서 감지된 중력파를 방출하는 것과 같은 중성자별 합병의 형성에 필요한 것으로 간주됩니다.

실제로 연구자들은 현재 샘플에 포함된 여러 물체가 중성자별이나 블랙홀 동반성을 지닌 벗겨진 별이라고 믿고 있습니다. 이러한 물체는 쌍성 중성자별 또는 중성자별과 블랙홀 시스템이 되기 전 단계에 있으며, 결국에는 합쳐질 수 있습니다.

Las Campanas 천문대의 마젤란 망원경을 사용하는 수석 공동저자 Maria Drout(토론토 대학교). 사진 제공: Tom Holoien/Maria Drout

뛰어난 파트너십과 진화

"많은 별들이 쌍성계에서 서로 공전하는 우주 춤의 일부입니다." 토론토 대학의 David A. Dunlap 천문학 및 천체 물리학과 박사 과정 학생인 Bethany Ludwig가 이 논문의 세 번째 저자입니다. "우리의 작업은 이러한 매혹적인 관계를 조명하여 우리가 이전에 상상했던 것보다 더 상호 연결되고 역동적인 우주를 드러냅니다."라고 그녀는 말했습니다. "인간이 사회적 존재인 것처럼 별, 특히 거대한 별은 혼자인 경우가 거의 없습니다."

별이 적색거성으로 진화하고 팽창함에 따라 별의 바깥 가장자리에 있는 수소는 동반성의 중력에 의해 제거되어 매우 뜨거운 헬륨 핵이 남게 됩니다. 이 과정은 수만 년, 심지어 수십만 년이 걸릴 수도 있습니다.

연구 저자인 Bethany Ludwig, Anna O'Grady, Maria Drout 및 Ylva Gottberg는 칠레의 Las Campanas 천문대의 마젤란 망원경에서 관찰하여 연구에 필요한 데이터를 수집했습니다. 이미지 출처: Y.

줄무늬 별을 찾는 도전

줄무늬별은 방출되는 빛의 대부분이 가시광선 스펙트럼 밖에 있고 우주의 먼지나 동반별에 의해 가려질 수 있기 때문에 발견하기 어렵습니다.

Drout와 그녀의 동료들은 2016년에 검색을 시작했습니다. Drout는 박사 과정 학생으로서 수소가 부족한 초신성을 연구했으며, 카네기 과학 천문대에서 NASA 허블 박사후 연구원으로 활동하는 동안 초신성의 핵심으로 여겨지는 벗겨진 별을 검색하기 시작했습니다. 그녀는 현재 오스트리아 과학 기술 연구소(ISTA)의 조교수인 공동 저자인 Ylva Götberg를 한 컨퍼런스에서 만났습니다.

연구진과 공동 연구자들은 극도로 뜨거운 별이 대부분의 빛을 방출하는 스펙트럼의 자외선 부분을 관찰하기 위한 새로운 관찰 방법을 고안했습니다. 자외선은 육안으로는 보이지 않지만 특수 장비와 망원경으로 감지할 수 있습니다. 스위프트 자외선/광학 망원경의 데이터를 사용하여 그들은 지구에서 가장 가까운 두 은하인 대마젤란운과 소마젤란운에 있는 수백만 개의 별의 밝기를 수집했습니다. Ludwig는 마젤란 구름의 최초 광역 자외선 목록을 편집하고 자외선 측광법을 사용하여 벗겨진 별의 존재를 나타낼 수 있는 특이한 자외선 복사를 갖는 시스템을 탐지했습니다.

그들은 라스 캄파나스 천문대의 마젤란 망원경을 사용하여 2018년부터 2022년 사이에 광학 스펙트럼을 획득하면서 25개의 천체에 대한 실험적 연구를 수행했습니다. 그들은 이러한 관측을 사용하여 이 별들이 뜨겁고, 작고, 수소가 부족하고, 쌍성계에 있다는 것을 보여주었습니다. 이는 모두 그들의 모델 예측과 일치합니다.

지속적인 연구 및 데이터 가용성

연구자들은 현재 이 기사에서 식별된 별을 계속 연구하고 있으며 더 많은 별을 발견하기 위해 검색 범위를 확대하고 있습니다. 그들은 허블 우주 망원경, 찬드라 X선 망원경, 마젤란 망원경, 앵글로-오스트레일리아 망원경의 승인된 프로젝트를 사용하여 우리 은하계 내의 인근 은하와 별을 연구할 것입니다. 이 출판물의 일부로, 이 별들을 식별하는 데 사용된 모든 이론적 모델과 데이터가 다른 과학자들에게 공개되었습니다.

컴파일된 소스: ScitechDaily