[아하! 우주] 퇴역한 케플러 우주망원경이 발견한 뱀파이어 쌍성계

[서울신문 나우뉴스]

Credit: NASA and L. Hustak (STScI))

나사의 행성 사냥꾼인 케플러 우주망원경은 본래 예상을 뛰어넘는 과학적 성과를 거두고 2018년 10월 30일 퇴역했다.

본래 자세를 제어하던 부품의 고장으로 더 빨리 퇴역할 뻔했지만, 과학자들이 본래 관측 방법을 바꿔 새로운 임무를 수행하는 대안을 제시해 좀 더 오래 임무를 수행하다 퇴역했다. (이 임무는 K2로 불린다) 본래 2009년 발사된 케플러 우주망원경의 목표 임무 기간은 3년 반이었으며 3년 반의 추가 연장 임무 중 고장으로 임무를 변경해 총 9년간 임무를 수행했다. 그러나 결국 연료가 고갈되어 더 이상 임무 수행이 불가능해지자 퇴역한 것이다.

2014년부터 시작된 K2 임무를 통해 케플러 우주망원경은 총 50만 개의 별의 밝기 변화를 측정해 지구로 전송했다.

과학자들은 이 데이터를 분석해 새로운 외계 행성은 물론 과거에 알지 못했던 여러 가지 사실을 발견했다. 우주 망원경 과학 연구소(STScI)의 라이언 리든-하퍼(Ryan Ridden-Harper)가 이끄는 연구팀은 K2 데이터를 분석해 우주에서 매우 드문 형태의 쌍성계를 발견했다.

연구팀은 케플러 K2 데이터를 분석하던 중 갑자기 밝기가 1000배 이상 변하는 천체를 발견했다. 이 천체는 매우 드문 형태의 변광성인 WZ Sagittae형 격변 변광성 (cataclysmic variable)으로 확인됐다.

이 변광성의 독특한 점은 백색왜성 – 갈색왜성의 쌍성계라는 점이다. 두 개의 별이 서로의 공전하는 쌍성계는 우주에 매우 흔하지만, 별이 죽은 잔해인 백색왜성과 별이 되기에는 질량이 모자란 천체인 갈색왜성의 쌍성계는 드물게 보고됐다.

이 백색왜성과 갈색왜성은 지구 달 거리인 40만km 떨어져 있으며 83분을 주기로 공전한다. 지구와 달과 비교도 안되게 무거운 질량을 생각하면 너무 가까운 거리다.

백색왜성의 표면 중력은 매우 강력하기 때문에 이 정도 거리에서는 갈색왜성의 물질을 끌어당긴다. 그 결과 갈색왜성 표면의 가스는 백색왜성으로 흡수된다. (모식도 참조) 연구팀은 죽은 별이 피를 빨아먹듯 다른 천체의 물질을 빨아들인다는 점에서 뱀파이어 쌍성계 (vampire star system)라고 표현했다.

갑작스러운 밝기 변화의 이유는 백색왜성 주변의 가스 디스크 때문이다. 갈색왜성에서 빨아들인 가스는 일단 백색왜성 주변에 모여 고리 같은 디스크를 형성하는데, 가스 디스크의 질량이 커지면 이번에는 갈색왜성의 중력이 간섭해 가스를 고온으로 가열하고 디스크 구조를 붕괴시킨다.

이후에는 밝기가 크게 감소한다. 이 과정은 대략 25일 주기로 일어난다. 케플러 우주망원경 데이터가 없었다면 밝혀내지 못했을 사실이다.

케플러가 퇴역한지 이미 1년이 지났지만, 케플러가 남긴 데이터를 이용한 과학적 성과는 아직도 끊임없이 나오고 있다.

과학자들이 그 후계자인 TESS에 큰 기대를 거는 것도 선배인 케플러의 뛰어난 성과에 있다. 케플러 데이터를 분석하면서 얻어진 여러 가지 노하우는 TESS 데이터를 분석하는데도 유용하게 사용될 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

▶ 재미있는 세상[나우뉴스]

▶ [페이스북]