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두 단계로 폭발하는 초신성

시간에 따라 가스 분출 형태 달라져
초신성 폭발 과정의 실마리가 드러났다.

미국 텍사스 A&M대 리판 왕 교수팀은 가장 밝은 초신성이 두 단계를 거쳐 폭발한다는 사실을 처음 알아냈다.

초신성은 폭발하면서 엄청난 에너지를 방출해 평소보다 수 억 배 이상 밝아졌다가 서서히 어두워지는 별로, 그 성분에 따라 5가지 유형(I-a, b, c, II-n, p)으로 분류할 수 있다. 이 중 I-a형 초신성은 밝기가 일정해 천문학자들이 거리를 측정할 때 이용한다. 이 초신성은 밀도가 높고 크기가 작은 별이 가까이에서 함께 돌고 있던 다른 별을 빨아들여 생겨나는 것으로 추정된다. 하지만 폭발이 어떻게 시작돼 어떤 형태로 퍼져나가는지에 대해서는 의견이 분분했다. 초신성이 너무 멀리 떨어져 있어 자세히 관측할 수 없었기 때문이다.

연구진은 유럽남반구천문대(ESO)의 초대형망원경(VLT)과 텍사스대 맥도날드 관측소의 오토 스트루브 망원경으로 관측한 I-a형 초신성 17개의 편광 데이터를 분석했다.


초신성 폭발을 묘사한 그림. 외부의 울퉁불퉁한 폭발 잔해는 가스들의 분출 속도가 일정하지 않았음을 의미한다. 내부는 매끈한 구형이다. 사진 제공: ESO

편광이란 특정 방향으로 치우쳐 진동하는 빛을 말한다. 빛은 전자기장이 진동해서 일어나는 파동인데, 이 때 전자기장은 빛의 진행방향에 수직으로 진동한다. 예를 들어 xyz좌표계에서 빛이 z축 방향으로 진행한다면, 전자기장의 진동방향은 x축 또는 y축 방향으로만 진동하는 것이다. 일반적인 자연광은 진행 방향에 수직인 모든 방향으로 고르게 진동한다.

초신성이 폭발하면 수많은 가스 성분이 빛을 내면서 밖으로 퍼져나간다. 가스들의 분출 속도가 일정하면 구형, 그렇지 않으면 불규칙한 형태가 된다. 가스에서 처음 빠져나온 빛은 편광이지만, 초신성이 구형이면 치우친 정도가 모두 상쇄돼 자연광과 비슷해진다. 반면 불규칙한 형태에서는 완전히 상쇄돼지 않아 편광이 심해진다.

연구진은 “17개 데이터 분석 결과 폭발 초기에는 편광이 강하다가 나중에는 사라졌다”며, “초신성이 처음에는 불규칙한 형태로 가스를 분출하다가 다시 가스를 구형으로 분출한다는 증거”라고 말했다. 그는 또 “두 번째 가스 분출 속도가 첫 번째보다 빨라 처음 폭발의 흔적을 덮어버린다”고 설명했다.

이 결과는 ‘사이언스’ 온라인 판 11월 30일자에 발표됐다.




| 글 | 김흥진 기자ㆍsungkmi@donga.com |



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