우주 불꽃놀이 보여준 초신성의 비밀 [우주를 보다]

[서울신문 나우뉴스]

킹피쉬 고고도 핵실험 (왼쪽)과 초신성 Pa 30 잔해 (오른쪽) The Astrophysical Journal Letters (2025)

고려 무신 정권 시대였던 1181년, 밤하늘에 갑자기 새로운 별이 나타났다. 이 별은 6개월 동안이나 관측됐다. 당시에는 새로운 별을 ‘객성’이라 부르며 인물의 탄생이나 불길한 징조 등 여러 의미로 해석했다. 당대 역사가들은 이를 상세히 기록했으며 고려사에도 관련 기록이 남아 있다.

오랜 세월이 흘러 과학자들은 역사서에 기록된 객성이 초신성 폭발이라는 사실을 밝혀내고 당시 보였던 초신성 후보를 연구했다. 그 결과 1181년 초신성의 가장 유력한 후보로 초신성 ‘Pa 30’의 잔해가 지목됐다.

하지만 모든 미스터리가 풀린 것은 아니다. 오히려 과학자들은 더 당혹스러운 미스터리를 발견했다. 망원경으로 관측한 Pa 30의 생김새가 다른 초신성 잔해에서는 보기 힘든 불꽃놀이 폭죽 모양을 하고 있었기 때문이다. 그 모양은 높은 고도에서 진행된 공중 핵실험인 ‘킹피쉬’(Kingfish)와 유사해 물리적 패턴도 비슷할 것이라는 추측을 낳았다.

과학자들은 Pa 30이 왜 이런 독특한 모습을 하고 있는지 조사했다. 그 결과 초신성 잔해 중심에 ‘WD J005311’라는 백색왜성이 존재하며, 표면 온도가 20만 도로 역대 가장 뜨거운 백색왜성이라는 사실을 확인했다. 이 초신성은 일반적인 형태가 아니라 두 개의 백색왜성이 합쳐져 폭발한 ‘Iax형’ 초신성으로, 폭발 후에도 별이 살아남은 일종의 ‘좀비 별’로 추정된다. 높은 온도 덕분에 초신성 잔해는 현재도 초속 1100km의 빠른 속도로 물질을 뿜어내며 주변으로 퍼지고 있다.

미국 시라쿠스대 에릭 코글린 교수팀은 정교한 수력학적 시뮬레이션을 통해 이 독특한 불꽃놀이 형태의 생성 과정을 연구했다. 그 결과 초신성 폭발 물질이 주변에 있는 별 주위 물질(CSM)로 강하게 확산하면서 두 개의 다른 밀도를 지닌 물질 사이에 발생하는 ‘레일리-테일러 불안정성’(RTI) 현상으로 인해 이와 같은 무늬가 생겼다는 사실을 발견했다.

우주 공간으로 확산하는 초신성 잔해는 단순한 우주 불꽃놀이가 아니라 다음 세대의 행성과 별의 재료가 될 물질을 퍼뜨리는 중요한 과정이다. 초신성 폭발 후 물질들이 백색왜성, 중성자별, 블랙홀에만 갇혀 있으면 지구 같은 행성이나 인간 같은 생명체는 탄생할 수 없다. 아득한 과거 이런 초신성에서 나온 물질들이 모여 행성과 생명체의 재료가 됐기에 이 과정을 연구하는 것은 과학자들에게 매우 중요한 과제다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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