베텔기우스의 초신성 폭발

베텔기우스의 초신성 폭발은 언제 될까?

태양의 8배 이상 질량을 가진 항성이 최종 단계에서 일어나는 초신성 폭발은 우주에서 가장 치열한 현상 중 하나이며, 우주 공간에 다양한 종류의 원소를 공급하는 역할을 하고 있다. 초신성 폭발이 어떻게 일어나는지는 잘 알지 못했지만 최근 슈퍼컴퓨터에 의한 시뮬레이션으로 밝혀졌다.

 

 

 

태양처럼 수소에서 헬륨으로의 핵융합에서 발생하는 에너지에 의해 빛나는 항성에도 수명이 있다. 항성의 질량이 클수록 그 별은 단명하게 된다. 대질량의 항성에서는 그만큼 중심핵에서의 핵융합이 빠르게 진행되기 때문이다. 수소를 헬륨에 핵융합하면서 빛나는 기간은 항성의 일생 중 가장 긴 '주계열'로 불리는 단계이다.

 

 

이윽고 항성 중심부에서 핵융합에 사용하는 수소가 없어지면 헬륨을 사용하여 핵융합을 일으키는 단계가 되고, 그 후는 항성의 질량에 따라 진화한다. 태양의 8배 이상의 질량을 가지는 항성에서는 중심핵에서 철까지의 원자핵을 핵융합으로 만들어 초신성 폭발을 일으킨다.

 

 

 

자신의 무게로 무너지는 중심핵

 

항성이 가스로 이루어져 있음에도 불구하고 구형을 유지하고 있는 이유는 중심부에서의 핵융합으로 생긴 압력과 항성의 가스를 중심부로 끌어당기는 중력이 서로 맞물려 있기 때문이다. 이 균형이 무너져 버리면 구형을 유지할 수 없게 된다.

대량의 항성의 중심핵에서 철이 생성되면 더 이상의 핵융합을 일으킬 수 없게 된다. 철의 원자핵은 가장 안정적이며 철을 핵융합시키기 위해서는 에너지가 필요하기 때문이다.

 핵융합이 일어나지 않기 때문에, 중심부에서 바깥쪽으로 가는 압력이 없어져, 항성의 가스는 단번에 중심부에 떨어지고, 철로 만들어진 중심핵은 붕괴해 간다. 이 현상을 중력 붕괴라고 하며, 이 구조에서 폭발을 일으키는 것을 '중력 붕괴형' 초신성 폭발이라고 한다.

 

역사서에 기록된 초신성

 

초신성 폭발은 태양이 100억년 동안 방출하는 에너지량을 순식간에 방출한다. 이 때의 에너지에 의해 철보다 무거운 원자핵이 합성되어 우주 공간으로 방출된다. 이 정도의 에너지가 은하계 내에서 방출되면 낮에도 초신성 폭발을 확인할 수 있다.

고문서 등에서 과거에 일어난 천체현상을 연구하는 고천문학에 따르면 중국의 역사서 '후한서'에 서기 185년에 갑자기 나타난 '객성'이 기록되어 있다. 이 천체는 초신성 SN 185라고 생각되며, 이것은 인류가 기록한 가장 오래된 초신성이다. 또, 후지와라 정가(1162~1241년)가 저술한 「명월기」에도 기원 1054년에 객성이 출현한 것이 인용되고 있다. 이것은 초신성 SN 1054로, 그 잔해는 현재 '게 성운'으로 관측할 수 있다. 그 충격파는 현재도 중심부에서 바깥쪽으로 전파하고 있는 것이 천문대의 시계열 관측에 의해 확인되고 있다.

 

베텔기우스의 초신성 폭발은 언젠가

 

은하계에서는 100년에 1~2개의 비율로 초신성 폭발이 발생한다고 하지만 '초신성 폭발에 가까운' 천체 중 하나가 오리온자리의 베테르기우스다. 이 천체는 은하계(하늘의 은하) 내에 존재하며 지구로부터 720광년의 거리에 있다. 오리온자리의 왼쪽 상단에 위치한 붉은 항성으로 태양의 약 20배의 질량을 가지고 탄생으로부터 800만년 정도 경과하고 있다. 

 

베텔기우스는 진화의 마지막 단계에 있다고 되어 2019년부터 2020년에 걸쳐 급격히 어두워졌다(대감광이라고 함) 때문에 초신성 폭발의 전조가 아닐까 신문 등에 다루어졌다. 그러나 2021년에 발표된 연구에서 베텔기우스의 남반구 일부에서 온도가 떨어진 결과, 별의 대기에 존재하는 무거운 원자가 고체가 되어 먼지가 되어 표면을 덮었기 때문에 별의 빛이 차단된 것이 밝혀졌다.

 

또 같은 해에 발표된 또 다른 연구에서는 베테르기우스의 질량과 직경에 대해 더욱 정확한 값이 밝혀졌다. 지금까지의 추정보다 질량이 작고(태양의 16.5~19배) 반경은 그 약 3분의 2(태양의 750배)로 보다 지구에 가까운(530광년) 것으로 나타났다. 

지금까지보다 작은 질량이기 때문에, 현재의 베테르기우스는 헬륨을 핵융합에 사용하고 있는 단계에 있는 것을 알 수 있어, 초신성 폭발을 맞이하기 위해서는, 더욱 약 10만년을 필요로 하는 것이 밝혀졌다 .