허블우주망원경으로 백색왜성 질량 직접 측정 가능한 이유

천문학 연구팀이 허블우주망원경 관측 데이터를 이용해 단독으로 존재하는 백색왜성인 LAWD 37 질량을 직접 조사하는데 처음으로 성공했다고 한다.

백색왜성이란 항성이 타오른 뒤 남은 심지 격으로 LAWD 37은 10억 년 전 불타서 만들어진 천체다. 연구팀은 LAWD 37 뒤에 있는 항성에서 나온 빛 진로가 LAWD 37을 통과할 때 일시적으로 구부러지는 걸 허블우주망원경으로 관측했다. 빛이 얼마나 구부러졌는지 조사하면 백색왜성 질량을 계산할 수 있다. 연구팀은 이전에 한쪽이 백색왜성이 된 이중성을 관측해 백색왜성 질량을 조사한 경험이 있다. 유럽우주기관 ESA 발표에 따르면 이번 관측으로 새로운 연구 성과를 얻을 수 있다며 LAWD 37은 단독으로 존재하는 백색왜성이라고 밝혔다.

LAWD 37은 항성 잔해로 이미 핵융합이 되지 않는다. 그래도 표면은 지금도 10만도에서 끓인 상태다. 지구로부터의 거리는 15광년이며 질량은 태양 56%다.

LAWD 37 질량을 계산하는데 사용되는 중력 마이크로렌즈 효과로 불리는 기술은 중력렌즈 미니어처 버전이다. 중력렌즈는 질량이 큰 물체가 공간을 왜곡하기 때문에 부근을 통과하는 빛 진로가 구부러져 뒤에 숨겨져 보이지 않는 천체가 보이는 현상을 일으킨다. 중력렌즈에는 빛을 증폭하는 효과도 있어 너무 약하고 원래라면 보이지 않는 빛도 관측 가능하게 된다.

예를 들어 지구로부터 130억 광년 미만, 훨씬 먼 곳에 있는 항성인 에어렌델(Earendel)이 지난해 발견된 건 자연이 준비한 이 렌즈 덕분이다.

LAWD 37 중력 마이크로렌즈 효과를 측정하기 위해 연구팀은 ESA 가이아(Gaia) 계획에서 얻은 데이터를 이용해 LAWD 37이 멀리 있는 항성 앞을 가로지르는 시기를 기다렸다. LAWD 37은 뒤에 있는 별보다 훨씬 가까이 있기 때문에 상당히 밝게 보이고 뒤쪽 별에서 오는 빛은 묻혀 버린다. 연구팀은 이 관측에서 얻은 빛 구부림 상태는 달 표면에 놓인 자동차 길이를 지구에서 보는 것과 같다. 백색왜성 빛이 밝기 때문에 생각하지 않은 방향으로 빛의 선이 생겨 버려 허블우주망원경 관측 데이터를 신중하게 해석할 필요가 있었다. 또 관측 한계도 고려해 현상을 모델화하고 LAWD 37 질량을 추정했다.

질량으로부터 얻은 정보로부터 천문학자는 다른 백색왜성에 대해 질량과 크기 관계를 조사할 수 있게 된다. 다시 말해 백색왜성처럼 중력이 극단적으로 강한 상황에서 물질이 어ᄄᅠᇂ게 되어 있는지 한층 더 해명할 수 있다.

우리 태양도 50억 년 뒤에는 백색왜성이 되어 버린다. 핵융합에 필요한 연료를 다 소모하면 화려한 죽음에 대한 시나리오를 따라가며 빛나는 성운을 항적처럼 남길 것이다. 허블우주망원경 후계기인 웨이브우주망원경도 중력 마이크로렌즈 효과를 이용해 마찬가지로 백색왜성을 관측할 수 있다. 웹우주망원경 관측은 이미 시작됐으며 2022년 다른 백색왜성인 LAWD 66을 관측하고 2024년에는 다른 관측도 실시할 예정이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.