초신성? 베텔게우스, 3부작 우주의 거대 폭발 이야기 특집편

 오리온자리의 붉은 초거성 베텔게우스는 최근 천문학계의 뜨거운 관심사가 되었습니다.

 이 거대한 별의 밝기 변화와 특이한 행동은 많은 이들에게 곧 초신성이 될 것이라는 추측을 불러일으켰지만 최근의 연구 결과들은 베텔게우스의 상태에 대해 새로운 통찰을 제공하고 있습니다.

 이번에는 베텔게우스의 현재 상태, 최근 관찰된 이상 현상, 그리고 이에 대한 과학계의 해석을 자세히 살펴보겠습니다.

 

비즈한국 기사 갈무리

베텔게우스의 현재 상태

 베텔게우스는 오리온자리에서 가장 밝은 별 중 하나로, 지구에서 약 548광년 떨어진 곳에 위치한 붉은 초거성입니다.

 이 별은 태양보다 약 11배 더 무거우며, 크기는 태양의 약 724배에 달하며, 만약 베텔게우스가 우리 태양계의 중심에 있다면, 수성, 금성, 지구, 화성의 궤도를 모두 삼켜버릴 정도로 거대한 크기입니다.

 

 베텔게우스는 현재 생명 주기의 말기에 접어들었습니다.

 일반적으로 이 정도 크기의 별은 수명이 약 1000만 년 정도인데, 베텔게우스는 이미 그 정도의 나이에 도달했는데, 이는 우리 태양의 예상 수명인 100억 년에 비하면 매우 짧은 시간입니다.

 이처럼 짧은 수명은 베텔게우스가 엄청난 속도로 연료를 소비하고 있다는 것을 의미합니다.

 

 데브라 월레스 박사의 설명에 따르면, 베텔게우스의 빠른 연료 소비는 마치 뒷마당에 큰 불을 피우는 것과 같습니다.

 연료를 많이 투입할수록 불은 더 빠르고 뜨겁게 타오르지만, 그만큼 빨리 사그라듭니다.

 베텔게우스도 마찬가지로, 엄청난 크기를 유지하기 위해 핵융합 반응을 매우 빠르게 진행하고 있어 연료가 빠르게 소진되고 있는 것입니다.

 

최근 관찰된 이상 현상: '대 어두워짐'

 2019년 10월부터 2020년 초까지 베텔게우스는 천문학자들을 놀라게 하는 현상을 보였습니다.

 이 기간 동안 베텔게우스의 밝기가 평소의 40% 수준까지 급격히 감소했다가 다시 원래 밝기로 돌아왔습니다.

 이 현상은 '대 어두워짐(Great Dimming)'이라고 불리며, 많은 이들에게 베텔게우스가 곧 초신성 폭발을 일으킬 것이라는 추측을 불러일으켰습니다.

 

 이 현상에 대해 여러 가지 이론이 제시되었는데, 일부 연구자들은 별의 온도가 크게 감소했거나 거대한 흑점이 형성되었을 가능성을 제기했습니다.

 또 다른 이들은 별의 외층에서 분자 불투명도가 증가했거나 표면에서 대규모 물질 방출이 있었을 것이라고 추측했습니다.

 

 몬타르게스 등의 연구진이 수행한 간섭계 관측 결과, 베텔게우스의 어두워짐은 비대칭적으로 일어났음이 밝혀졌습니다.

 별의 남반구가 북반구보다 훨씬 더 어두워졌던 것입니다.

 이 관측 결과는 별 표면의 차가운 지역이 형성되었다는 이론과 광구 위에 먼지 구름이 생겼다는 이론 모두와 일치할 수 있는 것으로 나타났습니다.

 

 크라브첸코 등의 연구진은 고해상도 분광 관측 데이터를 분석하여 '대 어두워짐' 현상에 대한 새로운 해석을 제시했습니다.

 그들은 2018년 2월과 2019년 1월에 두 차례의 충격파가 발생했으며, 이 충격파들이 연속적으로 발생하여 물질의 유출을 야기하고 분자 불투명도를 증가시켰을 것이라고 제안했습니다.

 이 해석은 먼지에 의한 어두워짐 가능성을 배제하지는 않지만, 분광 관측만으로는 이를 확인할 수 없었습니다.

 

새로운 연구 결과: '베텔버디'의 존재 가능성

 최근 발표된 연구 결과는 베텔게우스의 밝기 변화에 대한 새로운 해석을 제시하고 있습니다. 제러드 골드버그와 그의 동료들이 수행한 연구에 따르면, 베텔게우스의 밝기 변화는 별 자체의 내부 변화가 아닌 외부 요인에 의한 것일 가능성이 높습니다.

 연구진은 베텔게우스에 '베텔버디(Betelbuddy)'라고 불리는 동반성이 존재할 가능성을 제시했습니다.

 이 동반성은 베텔게우스 주변을 공전하면서 별 주변의 먼지를 밀어내는 역할을 할 것으로 추정됩니다.

 이로 인해 지구에서 관측되는 베텔게우스의 밝기가 주기적으로 변화하는 것처럼 보일 수 있다는 것입니다.

 

 연구진은 베텔게우스의 내부 활동, 강력한 자기장의 주기적 변화 등 다양한 가능성을 검토했지만, 관측된 밝기 변화를 설명할 수 있는 가장 타당한 가설은 동반성의 존재라고 결론지었습니다.

 이 '베텔버디'는 태양 질량의 최대 2배 정도 되는 별일 것으로 추정되며, 일부 연구자들은 중성자별일 가능성도 제기하고 있습니다.

 

 이 발견은 베텔게우스의 생명 주기와 잠재적인 초신성 폭발 시기에 대한 기존의 가정들에 의문을 제기합니다.

 동반성의 존재가 확인된다면, 베텔게우스가 예상보다 더 오랫동안 안정적으로 존재할 수 있다는 것을 의미할 수 있습니다.

 

베텔게우스의 표면 활동

 베텔게우스의 표면은 끊임없이 변화하고 있습니다.

 별의 외층은 거대한 대류 세포들로 가득 차 있어, 마치 끓는 냄비와 같은 모습을 보입니다. 뜨거운 플라즈마가 상승하고 차가운 플라즈마가 가라앉는 이 대류 세포들은 별의 표면에 다양한 색상과 밝기의 패턴을 만들어냅니다.

 이러한 표면 활동은 베텔게우스의 밝기와 색상을 지속적으로 변화시킵니다.

 각각의 대류 폭발은 별의 밝기와 색조를 변화시키며, 이는 지구에서 관측되는 별의 변광 패턴에 기여하며, 이러한 격렬한 표면 활동은 별이 실제보다 더 빠르게 회전하는 것처럼 보이게 할 수 있습니다.

 

 

초신성 폭발의 가능성

 베텔게우스가 언제 초신성 폭발을 일으킬 것인지에 대해서는 여전히 많은 논란이 있습니다.

 일부 연구자들은 베텔게우스가 300년 이내에 탄소 연료를 모두 소진하고, 그 후 수십 년 내에 초신성 폭발을 일으킬 수 있다고 주장합니다.

 그러나 대부분의 천문학자들은 이보다 훨씬 더 긴 시간이 걸릴 것으로 예상합니다.

 

 최근의 연구 결과들을 종합해보면, 베텔게우스는 현재 안정적인 헬륨 연소 단계에 있을 가능성이 높으며, 초신성 폭발까지는 수십만 년에서 백만 년 정도가 더 걸릴 것으로 추정됩니다.

 이는 인류의 시간 척도로는 매우 긴 시간이지만, 우주의 시간 척도로는 '곧' 일어날 일로 간주됩니다.

 

 만약 베텔게우스가 초신성 폭발을 일으킨다면, 그것은 인류 역사상 가장 가까운 거리에서 관측되는 초신성이 될 것입니다.

 이 폭발은 밤하늘에서 반달만큼 밝게 빛나며, 몇 달 동안 낮에도 관측이 가능할 정도로 밝을 것으로 예상됩니다.

 그러나 지구에서 베텔게우스까지의 거리가 충분히 멀기 때문에, 이 폭발이 지구에 직접적인 위협이 되지는 않을 것입니다.

 

베텔게우스 연구의 의의와 향후 전망

 베텔게우스에 대한 연구는 단순히 한 별의 운명을 예측하는 것 이상의 의미를 갖습니다.

 이 연구는 우리에게 항성 진화, 초신성 폭발 메커니즘, 그리고 우주의 화학적 진화에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.

 

• 항성 진화 이해 : 베텔게우스는 대질량 별의 말기 단계를 직접 관찰할 수 있는 드문 기회를 제공합니다. 이 별의 행동을 연구함으로써, 우리는 대질량 별들이 어떻게 진화하고 종말을 맞이하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.
• 초신성 전조 현상 연구 : 베텔게우스가 보여주는 다양한 변화들은 초신성 폭발 직전의 별들이 어떤 행동을 보이는지에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있습니다. 이는 향후 다른 별들의 초신성 폭발을 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 우주의 화학적 진화 : 베텔게우스와 같은 대질량 별들은 우주의 화학적 진화에 중요한 역할을 합니다. 이들이 초신성 폭발을 통해 방출하는 무거운 원소들은 새로운 별과 행성의 형성 재료가 됩니다. 베텔게우스 연구는 이러한 과정을 더 잘 이해하는 데 기여할 것입니다.

향후 연구 방향

 베텔게우스에 대한 연구는 앞으로 더욱 심화될 것으로 예상됩니다.

 특히 다음과 같은 방향으로 연구가 진행될 것으로 보입니다:

 

• 고해상도 이미징 : 더욱 발전된 관측 기술을 통해 베텔게우스의 표면을 더 자세히 관찰할 수 있게 될 것입니다. 이는 별의 표면 활동과 대류 패턴을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다.
• 장기적인 모니터링 : 베텔게우스의 밝기, 온도, 크기 변화를 장기간에 걸쳐 지속적으로 관찰함으로써, 별의 진화 과정을 더 정확히 추적할 수 있을 것입니다.
• 동반성 연구 : '베텔버디'의 존재 여부를 확인하고, 만약 존재한다면 그 특성을 자세히 연구하는 것이 중요한 과제가 될 것입니다.
• 다중파장 관측 : 다양한 파장대에서의 관측을 통해 베텔게우스의 내부 구조와 주변 환경에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것입니다.
• 이론적 모델링 : 관측 결과를 바탕으로 더욱 정교한 별의 진화 모델을 개발하는 것이 가능해질 것입니다.

 베텔게우스 연구는 우리에게 과학적 발견의 본질에 대한 중요한 교훈을 줍니다.

 처음에는 '대 어두워짐' 현상이 곧 다가올 초신성 폭발의 전조로 여겨졌지만, 추가적인 연구와 관찰을 통해 다른 가능성들이 제시되었습니다.

 이는 과학적 연구에서 초기의 가설이 항상 옳은 것은 아니며, 지속적인 관찰과 데이터 분석, 그리고 새로운 아이디어의 제시가 얼마나 중요한지를 보여줍니다.

 

 또한 베텔게우스 연구는 우주의 시간 척도가 얼마나 방대한지를 상기시켜 줍니다.

 우리에게 '곧' 일어날 일이라고 여겨지는 초신성 폭발이 실제로는 수십만 년에서 백만 년 후에 일어날 수 있다는 사실은, 우주의 시간 척도와 인간의 시간 척도 사이의 엄청난 차이를 보여줍니다.

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