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- 1987년 2월 24일, 이웃 은하인 대 마젤란 구름에서 거대한 별 폭발
- 불과 16만8000광년 떨어진 이 초신성은 너무 밝아서 육안으로도 하늘에서도 볼 수 있었다
- 별 파편의 중심에 수백만 도의 뜨거운 핫스팟, 젊은 중성자별로 추정

초신성 1987A : 별의 잔재 발견
X-선은 별 파편의 중심에 있는 젊은 중성자별을 나타낸다.

수수께끼가 풀렸을까?
34년 동안의 탐색 끝에 천문학자들이 1987년의 멋진 초신성에 무엇이 남았는지 알아낸 것 갗다. 찬드라 X선 망원경을 포함한 여러 망원경이 초신성 잔해에서 고에너지 X선을 감지했기 때문이다. 그들의 패턴은 빠르게 회전하는 중성자별(젊은 펄서)이 이 초신성 유물의 먼지로 뒤덮인 중앙에 숨겨져 있음을 시사한다.

▲ X-선 속의 초신성 잔재 1987A(왼쪽)와 중앙에 숨겨진 중성자 별 (일러스트). © Chandra (X-ray) : NASA / CXC / Univ. di Palermo / E. Greco; 일러스트 : INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo / Salvatore Orlando

1987년 2월 24일, 이웃 은하인 대 마젤란 구름에서 거대한 별이 폭발했다.
불과 16만8000광년 떨어진 이 초신성은 너무 밝아서 육안으로도 하늘에서도 볼 수 있었다. 천문학자에게 이 사건은 처음부터 그러한 별의 폭발과 그 여파를 추적할 수 있는 독특한 기회였다.

▲ 1987 중앙 근처에 잔존하는 초신성. 허블 우주 망원경에서 찍은 두 개의 공개 도메인 NASA 이미지의 합성물. GIMP로 편집했다. author: First image: Dr. Christopher Burrows, ESA/STScI and NASA; Second image: Hubble Heritage team.

별은 어디로 갔을까?

그러나 한 가지 중요한 질문은 계속 남아있었다.
폭발 중에 별 핵은 어떻게 되었을까?
이론적으로 이러한 초신성은 시작 별의 질량에 따라 항성 블랙홀 또는 중성자별을 형성 할 수 있다. 그러나 Supernova 1987A의 경우 천문학자들은 중성자별을 기대하는 경향이 있다.
그러나 초신성 유물의 중심이 가스와 먼지로 가려져 있어 별 잔류물은 흔적도 없었다.

“34년 동안 천문학자들은 우리가 예상하는 중성자별을 찾기 위해 별의 잔해를 찾아 왔다”고 Palermo 대학의 제1저자 Emanuele Greco는 설명했다. 그러나 2020년에 아타카마 라지 밀리미터 / 서브 밀리미터 어레이(ALMA)의 데이터는 마침내 최초의 뚜렷한 단서를 제공했다.
그들은 별 파편의 중심에 수백만 도의 뜨거운 핫스팟을 보여 주었는데, 그 특징은 젊은 별과 일치한 것이다. 뜨거운 중성자별에 맞을 것이다.

▲ 천문학자들이 34년 동안 1987A 초신성의 별 핵에서 남은 것을 찾고있었다. 여기 두 개의 엑스레이 망원경에서 나온 이미지의 유물이 있다. © NASA / CXC / Univ. di Palermo / E. Greco; NASA / JPL-CalTech

힌트가 되는 엑스레이

이제 X-ray 분야의 새로운 관찰은 이 가정을 확인한다.
두 개의 NASA X-ray 망원경 Chandra와 NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array)는 이제 Supernova-Relikt 1987A 중심에서 강렬한 X- 선을 감지했다.
Greco와 그의 팀은 이 데이터를 천체 물리학적 모델을 사용하여 두 가지 방사능의 가능한 소스와 비교했다. 이는 중성자별에서 발생할 수 있을 뿐만 아니라 가스 및 별 파편과 충돌하는 폭발의 충격에서도 발생할 수 있기 때문이다.

결과 :
초신성 유물의 X-선은 두 가지 구성 요소로 구성된다.
하나는 "부드러운" X선 복사의 저에너지 부분과 고에너지 단단한 부분이다.
그레코와 그의 팀은 "0.5-8KeV(킬로 전자볼트)의 소프트 X선이 충격을 받은 별 주위 물질의 열복사에서 비롯된다는 사실을 발견했다"고 말했다. 따라서 이것은 중성자별의 표시가 아니다.

젊은 펄서를 나타냄

이것은 초신성 유물에 있는 고에너지 X선과는 다르다.
"우리는 모든 NuSTAR 스펙트럼에서 10KeV 에너지 이상의 강력한 X선 구성 요소를 발견했다"고 연구원들은 말한다. "이것은 또 다른 구성 요소가 있어야 함을 분명히 보여 준다.“
그리고 그 특성 측면에서 이 구성 요소는 천문학자들이 설명하는 것처럼 빠르게 회전하는 젊은 중성자별에서 기대할 수 있는 방사선과 일치한다.

따라서 Greco와 그의 팀은 Supernova Relic 1987A의 먼지 뒤에 어린 펄서가 숨어있을 가능성이 매우 높다고 생각한다. 입자와 광선의 강한 흐름은 또한 ALMA가 구름의 중심에서 발견한 핫스팟을 설명 할 수 있다.
"나중에 막다른 골목으로 판명된 많은 증거가 이미 있다"고 Greco는 말한다. "그러나 우리는 우리의 최근 결과가 다를 것이라고 믿는다.”

<이것이 중성자 별이 1987A 초신성 유물에서 자신을 드러내는 방식이다.© 찬드라 엑스레이 천문대>

향후 10년 동안 더 명확하게

별이 폭발하는 동안 실제로 펄서가 형성되었는지는 향후 10년 내로 밝혀질 수 있다.
천문학자들은 초신성 유물의 중앙 먼지구름이 그때까지 천천히 퍼지고 녹을 것이라고 예상하기 때문이다. "이것은 우리에게 아기 펄서의 진화를 연구할 수 있는 일생에 한 번의 기회를 제공 할 수 있다”고 천문대의 공동 저자 Salvatore Orlando가 말했다.
(The Astrophysical Journal, 2021)
출처 : Chandra X-Ray Observatory, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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