수많은 거대질량 블랙홀이 우주를 떠돌 수 있다는 사실이 새로운 모의실험으로 밝혀졌다. 이처럼 떠돌아다니는 거대질량 블랙홀 즉 ‘떠돌이 블랙홀’(Rogue black hole)은 우리은하에서 가까운 곳에 존재하는 거대질량 블랙홀 중에서 무려 10%를 차지할 수 있다는 연구 논문이 발표됐다. 이는 우리은하와 같은 은하에 평균 12개의 보이지 않는 ‘거대 괴수’가 주변을 배회하며 근처의 모든 것을 집어삼킬 수 있다는 것을 뜻한다. 연구진 설명에 따르면, 은하를 둘러싸고 있는 바깥쪽 ‘헤일로’(halo)에 질량이 많을수록 블랙홀의 수가 증가하므로 무거운 헤일로를 가진 은하단에는 굶주린 방랑자들이 훨씬 더 많을 수 있다. 연구진은 “은하단 헤일로에 수천 개의 방황하는 블랙홀이 있을 것으로 예상한다”면서 “천문학자들은 대부분의 은하가 초대질량 블랙홀 주위에 형성된다고 생각한다”고 설명했다.  태양보다 수백만 배 또는 수십억 배나 더 큰 거대질량 블랙홀은 성간 가스, 먼지를 비롯해 별이나 행성 주위를 도는 물질에 대해 닻 같은 역할을 한다. 블랙홀에 가까울수록 물질은 더 빠르게 가열되면서 나선형으로 블랙홀에 빨려들며, 강한 복사를 방출하는 강착원반을 형성한다. 우리가 보이지 않는 블랙홀을 확인할 수 있는 것은 이런 강착원반의 복사 덕분이다. 일반적으로 블랙홀은 은하단에서 서로의 둘레를 공전하는 은하의 중심에 고정된다. 그러나 때로는 은하 충돌과 같은 거대한 힘이 중심의 거대질량 블랙홀을 약화시켜 방랑자처럼 우주를 떠돌게 만들 수 있다. 두 블랙홀의 병합이 중단되는 경우, 둘 중 하나 또는 둘 모두가 중력에서 풀려나 떠돌이 블랙홀이 되기도 한다. 이런 우주 사건이 얼마나 자주 발생하는지 추정하기 위해 천문학자들은 블랙홀이 수십억 년에 걸쳐 궤도가 어떻게 변화하는가를 추적했다. 블랙홀의 행동에 관한 모든 규칙을 설명하기 위해 개발한 ‘로물루스(Romulus) 모의실험’을 실행한 결과, 약 137억 년 전의 빅뱅과 그 후 약 20억 년 사이에 초기 우주의 빈번한 은하 충돌로 인해 은하에 고정된 거대질량 블랙홀 사촌을 능가할 만큼 수많은 떠돌이 블랙홀들을 생산했음을 예측했다. 그 후 우주가 나이를 먹어감에 따라 느슨한 중력으로 묶여 있던 수많은 블랙홀들이 합쳐져서 은하 중심에서 쌍성계를 형성한 후, 다른 거대질량 블랙홀에 의해 다시 포착됐음이 모의실험으로 밝혀졌다. 그러나 많은 블랙홀들은 여전히 자유로운 상태에 머물러 있었다. 연구진은 “로물루스는 수십억 년의 궤도 진화 후에 많은 거대질량 블랙홀 쌍성이 형성되는 반면, 일부 거대질량 블랙홀은 결코 은하 중심에 도달하지 못할 것이라고 예측한다”면서 “결과적으로 로물루스에 의해 우리은하와 비슷한 질량의 은하는 평균 12개의 거대질량 블랙홀을 가지고 있는 것으로 밝혀졌으며, 이들은 대개 은하 중심에서 멀리 떨어진 헤일로를 떠돌아다닌다”고 설명했다. 연구진은 “다음 단계는 보이지 않는 거대 블랙홀의 특징을 알아내는 것”이라며 “언젠가 우리가 그들을 직접 관찰할 수 있게 될 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 ‘영국 왕립천문학회월간보고’(MNRAS) 6월호에 실렸다.

SF 드라마 ‘스타게이트’에서 나오는 같은 이름의 항성간 워프용 고대 유물처럼 멋지게 생긴 먼지 고리가 미국항공우주국(NASA) 등의 우주망원경 덕에 한 블랙홀 주위에서 포착됐다. NASA 찬드라 X선 관측소(이하 찬드라)는 5일(현지시간) 닐 게렐스 스위프트 관측소(이하 스위프트)와 함께 한 블랙홀 주변에서 관측했던 먼지 고리 이미지를 처음으로 공개했다.지구에서 약 7800광년 떨어져 있는 ‘백조자리 V404’(V404 Cygni)라는 쌍성계의 일부인 이 블랙홀은 태양 질량의 약 절반인 동반성으로부터 물질을 끌어내 주위의 강착원반 속으로 끌어들인다. 이 물질은 X선상에서 빛을 내기에 천문학자들은 이 시스템을 ‘X선 쌍성계’라고 부른다. 스위프트는 2015년 6월 백조자리 V404에서 X선 폭발을 발견했었다. 당시 연구 성과는 이듬해 7월 세계적인 학술지 ‘천체물리학저널’(ApJ·Astrophysical Journal)에 발표됐지만, 합성 이미지는 이번에 처음 공개된 것이다. 당시 X선 폭발은 ‘빛의 메아리’라고 알려진 고에너지의 고리를 만들어냈다. 이 현상은 블랙홀 시스템에서 터져 나온 X선이 이 쌍성계와 지구 사이의 먼지구름에서 튕겨 나오면서 생성됐다. 우주 먼지는 집 먼지와 같지 않고 연기에 가까우며 작고 단단한 입자로 구성돼 있다.이번 이미지는 찬드라의 X선(하늘색)과 하와이에 있는 판스타스(Pan-STARRS) 망원경의 광학 데이터를 결합한 것으로, 8개의 동심원 고리가 포함돼 있다. 각 고리는 2015년 관측된 백조자리 V404 플레어의 X선에 의해 생성됐으며 서로 다른 먼지구름을 반사했다.함께 공개된 삽화가 찬드라와 스위프트가 포착한 고리가 어떻게 만들어졌는지를 설명하지만, 그래픽을 단순화하기 위해 그림에는 8개가 아닌 4개의 고리만이 표시됐다. 이에 대해 연구진은 “이들 고리는 흑연과 규산염의 미세한 먼지로 원래 별의 가스에 포함돼 있던 원소 중 무거운 물질이거나 별 주변에 있던 행성, 소행성의 잔해로 여겨진다”고 설명했다.

현재 미 항공우주국(NASA)이 이끄는 국제 컨소시엄은 50년 만에 인간을 다시 달로 보내는 아르테미스 임무를 추진하고 있다. 과거 아폴로 시대와 가장 큰 차이점은 이번에는 한 번 가고 끝나는 것이 아니라 영구적인 달 기지 건설을 위한 토대를 건설한다는 점이다. 하지만 인류가 달에 진출한다면 당장에 어떤 이점이 있을까? 이 질문에 대한 대답 중 하나는 지구에서는 건설이 어려운 특수한 과학 시설을 만들 수 있다는 것이다. 과학자들은 2015년 아인슈타인이 이론적으로 예측했던 중력파의 존재를 100년 만에 검증했다. 중력파를 사상 최초로 검출한 장치는 LIGO(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)였다. LIGO는 역사상 가장 정밀한 레이저 간섭계로 중력파에 의한 미세한 시공간의 떨림을 관측할 수 있다. 과학자들의 관심은 이제 중력파 자체를 검증하는 것보다 중력파를 이용해서 우주를 관측하는 중력파 천문학에 쏠려 있다. 하지만 지구에는 여러 가지 미세한 진동이 많기 때문에 진짜 중력파를 구분하는 일이 쉽지 않다는 문제가 있다. 밴더빌트 대학과 하버드 대학의 연구팀은 달 표면에 중력파 검출 장치를 건설하면 지구에서는 불가능한 미세 중력파를 측정할 수 있다고 주장했다. 이들이 제시한 GLOC (Gravitational-wave Lunar Observatory for Cosmology) 장치는 아직 초기 개념 연구 단계이지만, 실제로 건설한다면 인류 역사상 가장 강력한 중력파 천문대가 될 수 있다. 그렇게 보는 이유는 간단하다. 달 표면에는 중력파 검출을 어렵게 만드는 진동이 거의 없다. 지구에서는 차량의 이동 같은 인위적인 진동이나 바람이나 비 같은 자연 현상에 의한 미세 진동이 항상 존재하지만, 달에는 사람은 물론 물도 공기도 없다. 가끔 내부의 지진이나 운석 충돌에 의한 진동이 발생하지만, 지구에서 발생하는 진동과는 비교할 수 없을 정도로 작다. 여기에 본래 진공상태이기 때문에 LIGO처럼 긴 진공 튜브를 지하에 따로 매립할 필요가 없다. 레이저의 진행을 방해하는 대기나 기타 장애물이 없기 때문에 몇 개의 지점에 레이저 간섭계를 설치하면 중력파 검출기로 사용할 수 있는 것이다. 현재 중력파 천문학은 블랙홀이나 중성자별의 쌍성계처럼 강한 중력파를 내는 천체에 한정되어 있다. 하지만 중력파 천문학에는 더 많은 가능성이 존재한다. 예를 들어 전자기파로는 관측이 불가능한 빅뱅 직후 초기 우주의 모습을 중력파 형태로 관측할 수 있을지도 모른다. 다만 이를 위해서는 지금까지 없었던 강력한 중력파 검출 장치가 필요하다. 달 표면 중력파 천문대가 그 역할을 해낼 수 있을지 미래가 주목된다.

태양 질량의 무려 300만 배에 달하는 초거대 블랙홀이 상상 이상의 속도로 우주를 이동하고 있다는 사실이 밝혀졌다. 미국 하버드대학과 스미스소니언 천체물리학 관측소 공동 연구진은 지구에서 2억 3000만 광년 떨어진 은하 ‘J0437 + 2456’에서 시간당 11만 마일(17만 7000㎞)의 속도로 이동하는 블랙홀을 확인했다고 밝혔다. 일반적으로 초거대 질량 블랙홀은 그 무게와 질량 등의 이유로 같은 자리에 머문 채 관측됐다. 이론적으로 제자리에 있지 않고 활발하게 움직이는 초거대 질량 블랙홀도 존재할 수 있지만, 이 이론에 대한 증거를 찾는 일은 쉽지 않았다. 현재는 붕괴된 푸에르토리코의 아레시보 망원경과 하와이의 쌍둥이자리 천문대에서 발견한 이 블랙홀은 초거대 질량 블랙홀도 빠르게 우주에서 이동할 수 있다는 것을 보여주는 대표적인 사례가 될 것으로 연구진은 기대했다. 연구진은 이 블랙홀이 거대한 몸집으로 이동하는 정확한 원인은 아직 밝혀내지 못했지만, 두 개의 블랙홀이 합쳐지면서 발생한 현상일 수 있다는 가설을 내놓았다.연구진은 “두 개의 초대형 블랙홀이 합쳐진 뒤 발생하는 여파를 관찰했다”면서 “두 블랙홀 합체의 결과는 새로 태어나는 블랙홀에게 일종의 ‘반동’을 줄 수 있고, 반동 또는 다시 안정되는 과정에서 블랙홀의 이동 에너지를 관측할 수 있다”고 설명했다. 이어 “볼링공을 차는 것이 축구공을 차는 것보다 더 어렵다. 이 블랙홀은 볼링공과 같다. 태양 질량의 수백만 배에 달하기 때문”이라면서 “이를 움직이게 하려면 매우 강력한 발차기가 필요하다는 것”이라고 비유했다. 전문가들은 이 블랙홀이 2개의 천체가 공통의 질량 중심을 기준으로 상호작용을 일으키는 계인 쌍성계(연성계, binary system)일 가능성도 있을 것으로 내다봤다. 자세한 연구결과는 미국 천체물리학 학술지(The Astrophysical Journal) 최신호 12일자에 실렸다.  송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

태양계의 모든 행성은 태양의 자전 방향과 같은 방향으로 공전한다. 행성은 원시 태양 주변에 있던 가스와 먼지 디스크인 원시 행성계 원반에서 생성되었기 때문에 거의 예외 없이 별과 같은 방향으로 공전하는 것이 일반적이다. 하지만 과학자들은 예외적으로 별과 반대 방향으로 공전하는 외계 행성이 있을 수 있다고 보고 있다. 별의 자전 방향과 반대로 공전하는 역주행 행성이 생길 수 있는 몇 가지 방법이 있기 때문이다. 첫 번째는 우연히 별 주변을 지나가던 떠돌이 행성이 중력에 의해 포획되는 경우다. 사실 태양계의 위성 중에도 행성의 자전 방향과 반대로 공전하는 역행성 위성이 있다. 토성의 위성 포이베(Phoebe)가 대표적인 경우다. 역행성 위성과 마찬가지로 우주를 유랑하는 떠돌이 행성이 우연히 별의 중력에 의해 포획된 경우 역행성 행성이 될 수 있다. 두 번째 방법은 아예 원시 행성계 원반의 축이 변하는 경우다. 두 개의 별이 서로를 도는 쌍성계는 흔하다. 만약 동반성의 중력이 충분히 강하다면 원시 행성계 원반을 거의 뒤집어 놓을 수 있다. 동반성이 아니라도 다른 별이 우연히 가까운 위치에서 빠르게 지나가면서 공전면을 바꿀 수도 있다. 최근 과학자들은 실제로 이런 사례를 발견했다. 덴마크 오르후스 대학의 항성 천체물리학 센터 연구팀이 이끄는 국제 과학자팀은 지구에서 900광년 떨어진 K2-290라는 쌍성계에서 실제로 이런 사례를 확인했다. K2-290A는 적어도 두 개의 외계 행성을 거느리고 있는데, 각각 해왕성과 목성보다 약간 작은 크기다. 두 행성 모두 수성보다 가까운 거리에서 모항성을 공전하고 있다. 연구팀은 이 두 행성의 공전 궤도가 90도보다 더 큰 124도로 기울어져 있는 것을 발견했다. 180도 뒤집어진 것은 아니지만, 비스듬하게 반대 방향으로 공전하는 셈이다. 이렇게 가까운 거리에서 공전하는 행성이라면 포획에 의한 역행성 행성의 가능성은 떨어진다. 더구나 하나가 아닌 두 개의 행성이 같은 각도로 공전하는 것은 행성이 형성되는 단계인 원시 행성계 원반 자체가 기울어지면서 생긴 결과로 봐야 한다. 만약 K2-290A가 다른 행성과 소행성을 거느리고 있다고 해도 같은 각도로 기울어져 있을 것으로 예상된다. 이런 형태의 역행성 행성계는 이론적으로 그 존재가 예상되긴 했지만, 멀리 떨어진 외계 행성의 공전 각도를 측정하기 어려워 직접 관측은 힘들었다. 그러나 강력한 망원경과 최신 관측 기술의 발달로 하나씩 그 존재가 밝혀지고 있다. 역행성 행성계에 대한 연구는 이제 시작단계다. 천문학자들은 역주행이 행성계에 어떤 영향을 주는지 알아내기 위해 연구를 계속할 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

갈색왜성은 별이 되기에는 질량이 너무 작고 행성이라고 하기에는 무거운 천체다. 대략 목성 질량의 13-80배 사이에 있는 천체로 수소 핵융합 반응을 안정적으로 유지하기에는 질량이 부족하지만, 행성과는 달리 미약한 핵융합 반응을 통해 에너지를 생산한다. 다만 별보다 차갑고 어두워 강력한 천체 망원경으로도 관측이 쉽지 않다. 이런 이유로 우주에 매우 흔한 존재임에도 많은 비밀을 간직한 천체이기도 하다. 과학자들은 이제까지의 관측 결과를 토대로 갈색왜성이 목성보다 훨씬 무겁지만, 지름은 생각보다 차이가 크지 않다는 사실을 발견했다. 대기 역시 목성처럼 강력한 폭풍이 몰아치는 환경으로 적도를 따라 여러 개의 줄무늬가 있을 것으로 추정된다. 하지만 작고 어두운 천체라 지구에서 가장 가까운 갈색왜성이라도 그 표면을 직접 관측하기는 어렵다. 애리조나 대학의 연구팀은 나사의 행성 사냥꾼인 TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) 데이터를 이용해서 지구에서 가장 가까운 갈색왜성인 루만 16 (Luhman 16)의 표면 구조를 분석했다. 루만 16은 지구에서 6.5광년 떨어진 갈색왜성 쌍성계로 알려진 천체 가운데 태양계에서 세 번째로 가까이 있다. 하지만 갈색왜성이 워낙 어둡다 보니 불과 10년 전에야 그 존재가 확인됐다. 이 갈색왜성 쌍성계는 지구 – 태양 거리의 3배 정도 되는 거리를 27년 주기로 공전한다. 루만 16A는 목성 질량의 34배, 루만 16B는 목성 질량의 28배에 달한다. 수천 개의 외계 행성을 찾아내고 퇴역한 케플러 우주 망원경의 후계자인 TESS는 본래 외계 행성을 찾아내기 위해 수많은 별의 밝기 변화를 관측하는 장치다. 행성이 우연히 별 앞을 지날 때 밝기가 순간적으로 어두워지는 현상을 포착하기 위해서다. TESS는 루만 16 쌍성계의 밝기 변화 역시 관측했다. 연구팀은 100회에 달하는 TESS 관측 데이터를 토대로 루만 16 쌍성계의 밝기가 주기적으로 변한다는 것을 확인했다. 이렇게 짧은 시간에 밝기가 변한 것은 균일하지 않은 표면을 지닌 천체가 자전했기 때문으로 해석할 수 있다. 만약 갈색왜성이 태양처럼 비교적 균일한 표면을 지녔다면 자전에 따라 밝기가 변하지 않을 것이다. 연구팀이 생각한 가장 가능성 있는 외형은 목성과 유사한 줄무늬 패턴과 함께 극지방에는 목성이나 토성처럼 강력한 소용돌이 폭풍이 존재하는 경우다. 갈색왜성이 목성보다 수십 배 큰 질량과 훨씬 높은 표면 온도 (루만 16A는 1350K, 루만 16B는 1210K)에도 불구하고 목성과 유사한 대기를 지닌 이유는 아직 모른다. 더 자세한 연구를 위해서는 역시 표면을 직접 관측해서 분석할 필요가 있다. 과학자들은 허블 우주 망원경을 대신할 차세대 우주 망원경인 제임스 웹 우주 망원경에 기대를 걸고 있다. 아직 많은 것이 베일에 가려 있지만, 과학자들은 결국 갈색왜성의 실체를 밝혀낼 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

태양 같은 별은 거대한 가스 구름에서 태어난다. 죽은 별과 은하에 본래 존재하던 가스와 먼지가 뭉쳐 가스 성운을 만들고 이 가운데서 질량과 밀도가 높은 부분이 생기면 중력이 강해지면서 주변에서 더 많은 물질을 끌어들인다. 이 과정이 반복되면 결국 뭉쳐진 가스는 중심부 압력과 온도가 수소 핵융합 반응을 일으킬 정도로 높아져 새로운 별로 태어난다. 새로 태어난 별 주변에 남은 가스와 먼지는 주변을 공전하면서 역시 중력에 의해 뭉쳐져 새로운 행성으로 태어난다. 이렇게 별과 행성은 서로 다른 과정을 통해 생성되지만, 항상 모든 일에는 예외가 있게 마련이다. 최근 스위스 베른 대학 과학자들은 허블우주망원경을 이용해서 마치 별처럼 생성되는 행성을 발견했다. 'Oph 98 A/B'는 지구에서 450광년 떨어진 뱀주인자리(Ophiuchus) 성협 (Stellar association)에 있는데, 별처럼 가스가 모여 생성되었을 뿐 아니라 두 개의 천체가 쌍성계를 이루고 있다. 비슷한 두 개의 천체가 중력으로 묶여 서로를 공전하는 쌍성계 역시 행성보다는 별에서 흔한 경우다. Oph 98 A는 목성 질량의 15배 정도 되는 갈색왜성이고 Oph 98 B는 목성 질량의 8배 정도 되는 거대 가스 행성이다. 갈색왜성은 별과 행성의 중간 정도에 해당하는 천체로 목성 질량의 13배에서 80배 사이 질량을 지니고 있다. Oph 98 A와B의 질량 차이가 크지 않기 때문에 Oph 98 B는 갈색왜성 주변에서 생성된 행성이 아니라 독자적으로 형성된 행성으로 보인다. 이 두 천체는 지구-태양 거리의 200배 정도 되는 거리에서 서로를 공전한다. 사실 이 정도 거리에 있는 갈색왜성이나 행성은 매우 어둡기 때문에 허블우주망원경으로도 관측이 어렵다. 하지만 생성된 지 300만 년 이내의 매우 젊은 천체로 아직 뜨겁기 때문에 관측이 가능했다. 연구팀은 Oph 쌍성계가 다른 망원경에서도 과거 관측된 적이 있지만, 당시에는 그 중요성을 이해하지 못하고 넘어갔다는 사실도 확인했다. 다만 자체 핵융합 반응도 불가능하고 다른 별 주변을 공전하지도 않는 거대 가스 행성은 결국 표면이 매우 차갑고 어두운 천체가 되어 일반적인 방법으로는 관측이 어려운 행성이 된다. 이번 연구는 우리 은하에 이런 보이지 않는 떠돌이 행성이 생각보다 많을 수 있다는 점을 시사한다. 다만 대부분 너무 어두워 이번처럼 직접 관측하기는 어렵다. 그러나 방법이 없는 것은 아니다. 물론 역시 드문 일이지만, 과학자들은 어두운 떠돌이 행성이 다른 별 앞을 우연히 지나는 것을 관측해서 그 존재를 알아낼 수 있다고 보고 연구를 계속하고 있다. 어쩌면 태양계에서 그다지 멀지 않은 장소에도 이런 떠돌이 행성이 있을지도 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

여름 내내 저녁 남쪽 하늘에서 사이 좋게 어깨동무하며 반짝이던 목성과 토성이 가을에 접어들면서 점차 서쪽으로 기울어가고 있다. 목성은 밤하늘에서 압도적인 밝기를 자랑하지만, 근래 몇 달 동안은 바로 옆의 토성으로 인해 더욱 눈에 띄는 존재가 되었다. 2020년 목성의 12분의 1 밝기인 토성은 마치 부관처럼 목성을 곁에서 수행하는 형상이었다. 목성과 토성이 천구상에서 접근할 때마다 ‘대접근'(Great Conjunction)이라 하는데, 다른 행성들과는 달리 이들 두 천체는 좀체 접근하는 일이 없다. 두 천체의 접근 평균 발생빈도는 두 천체의 공전주기를 곱한 값을 공전주기 차이의 절대값으로 나눈 값이다. 공전주기란 한 천체가 다른 천체 둘레를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간을 말한다. 토성의 공전주기 29.65년에 목성의 공전주기 11.86년을 곱하면 351.65년이 나오는데, 이것을 두 천체의 공전주기의 차이인 17.79년으로 나누면 19.76년이 나온다. 말하자면, 20년마다 목성과 토성이 만난다는 얘기다. 바로 그 만남이 12월 22일에 일어난다.목성과 토성이 대접근을 할 때 대개 두 천체의 거리는 1도 남짓이다. 그러나 이번 12월 22일의 대접근은 겨우 10분의 1도, 곧 6.1분각에 지나지 않는다. 이건 두 행성이 거의 딱 붙는 형국이라 할 수 있다. 물론 2차원적인 천구상에서 그렇다는 거지, 실제 두 행성의 물리적 거리는 약 6억㎞(4AU)나 된다. 하늘의 0.1도는 어느 정도 거리일까? 북두칠성의 국자 손잡이 부분에 미자르라는 별이 있는데, 그 옆에 알코르라는 별이 바짝 붙어 쌍성계를 이룬다. 이 두별의 거리가 바로 0.1도다. 미자르는 사실 별 두 개인 셈인데, 그래서 북두팔성이라는 말도 생겼다. 어쨌든 이 정도 접근하면 목성과 토성을 육안으로 분해해 보기 어렵다. 큰 천체망원경으로 보면, 고리를 두른 토성과 4대 위성을 거느린 목성이 바짝 붙어 있는 장관을 볼 수 있을 것이다.정확한 ‘대접권’ 시간은 한국시간으로 12월 22일 저녁 6시 30분이다. 그날 일몰이 5시 18분이므로, 해진 뒤 1시간 12분 뒤인 셈이다. 그 무렵이면 하늘이 충분히 어두워 태양계의 두 거대 행성, 목성과 토성의 대접근이 연출한 장관을 즐기기에 어려움이 없을 것이다. 또한 그때까지 두 행성이 점차 가까이 접근해가는 광경을 지켜보는 것도 흥미로운 볼거리가 아닐 수 없다. 12월 1일에는 3.8도, 15일에는 2.2도, 15일에는 0.7도까지 접근한다. 보름달의 크기는 약 0.5도다. 참고로, 두 천체 사이의 각도를 측정할 때 팔을 쭉 편 채 주먹을 쥐면 주먹 크기가 약 10도 가량 된다. 이 두 행성이 마지막으로 이보다 더 가깝게 접근했던 것은 400년 전인 1623년 7월 16일로, 불과 5분각 거리에 있었다. 지금으로부터 60년 뒤인 우리는 2080년 3월 16일에 또 다른 6분각 대접근이 있을 것이다. 지금의 인류 중 대부분은 그 광경을 보지 못하겠지만, 아마 우리 젊은 독자들 중 몇몇은 그 장관을 놓치지 않기 위해 밤하늘 아래서 서성일 것이다. 22일 우리가 그러는 것처럼. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

물은 우주에 아주 흔한 물질이다. 물론 지구처럼 표면에 액체 상태의 물이 풍부한 행성은 태양계에 하나 뿐이지만, 얼음 형태의 물은 태양계에 매우 흔하다. 과학자들은 망원경을 이용해 물이 태양계 이외의 장소에서도 매우 흔한 원소라는 사실을 확인했다. 우주에 비교적 흔한 원자인 산소 하나와 우주에서 가장 흔한 원소인 수소 두 개로 이뤄진 분자이니 당연한 일이다. 하지만 지구에는 흔해도 우주에서는 쉽게 검출되지 않는 분자도 있다. 염화나트륨(NaCl) 혹은 소금은 지구에서는 쉽게 구할 수 있는 물질이지만, 망원경으로는 쉽게 검출되지 않는다. 상대적으로 미량 원소일 뿐 아니라 망원경으로 쉽게 검출될 수 있는 형태로 존재하지 않기 때문이다. 그런데 일본 국립 천문대(National Astronomical Observatory of Japan, NAOJ)의 과학자들은 뜻밖의 천체에서 소금의 존재를 확인했다. 타나카 케이가 이끄는 천문학 팀은 칠레에 있는 거대 전파 망원경인 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터파 집합체(ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해 지구에서 9500광년 떨어진 아기별인 IRAS 16547-4247을 관측했다. 이 아기별은 태양 질량의 25배에 달하는 아기별로 사실은 두 개의 별로 이뤄진 쌍성계다.이렇게 무거운 거대 아기별도 드물지만, 쌍성계는 더 드물기 때문에 이 아기별은 이전부터 과학자들의 관심을 끌었다. 하지만 이렇게 큰 아기별은 중력도 강해 주변에서 많은 가스와 먼지를 흡수하면서 커지는 특징이 있다. 따라서 두꺼운 먼지와 가스를 뚫고 내부를 관측하기가 쉽지 않다. 그러나 ALMA의 강력한 분해능 덕분에 연구팀은 두 아기별의 거대 가스 디스크를 확인하는데 성공했다. 그리고 여기서 의외의 물질인 소금의 존재를 확인했다. 소금이 이런 장소에서 왜 관측되는지 알아내기 위해 연구팀은 아기별과 아기별 주변의 물질이 모인 원반인 디스크의 구조를 조사했다. 그 결과 두 별의 디스크가 서로 반대 방향으로 회전한다는 사실을 확인했다. 이렇게 반대 방향으로 회전하는 디스크는 사실 두 별이 같은 장소에서 태어난 형제가 아니라 다른 장소에서 태어났다가 중력에 의해 결합한 쌍성계라는 점을 시사한다. 연구팀은 두 별의 디스크가 서로 접근하면서 디스크에 있던 작은 입자들이 가열되고 증발했다고 보고 있다. 그러면서 본래는 잘 검출되지 않는 소금과 다른 분자들이 검출된 것이다. 연구팀은 뜨거운 물 분자와 유기물인 시안화메틸(methyl cyanide, CH3CN)의 존재도 확인했는데, 같은 가설로 설명이 가능하다. 거대 질량 쌍성계는 초신성 폭발이나 중성자별, 블랙홀 생성에 중요한 역할을 담당한다. 과학자들은 뜻밖의 관측 결과를 통해 거대 질량 쌍성계의 생성 미스터리를 풀 단서를 얻었다. 과학자들은 하나씩 단서를 찾아가면서 퍼즐의 조각을 완성해 나갈 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

태양계에 있는 수많은 소행성 중에는 자신보다 더 작은 위성을 거느린 경우가 흔하다. 소행성의 위성은 대부분 매우 작은 천체로 자신보다 큰 소행성의 중력에 이끌려 우연히 위성이 됐거나 소행성 본체에서 갈라진 파편이다. 그런데 드물게 소행성의 위성이 상당히 커서 사실상 서로 대등한 관계라고 봐도 무방한 경우도 있다. 이를 쌍성계 소행성(binary asteroid)이라고 한다. 지름 0.9㎞급 소행성 2개가 거의 붙어서 공전하는 ‘2017 YE5’나 0.8㎞급 소행성 2개가 서로를 공전하는 ‘69230 헤르메스’가 그런 경우다. 이 두 소행성 쌍성계는 태양에 가까운 근일점에서는 지구 궤도 안쪽으로 들어왔다가 태양에 먼 원일점에서는 지구 궤도 밖으로 나가는 아폴로 그룹 소행성이다. 쉽게 말해 지구 궤도와 교차하는 소행성이기에 잠재적인 충돌 가능성이 있는 소행성이다. 따라서 미국항공우주국(NASA)은 이를 잠재적 위험 천체(PHO·potentially hazardous object)로 분류해 추적하고 있다. 다행히 가까운 미래에 충돌할 가능성은 매우 낮지만, 이런 쌍성계 소행성이 지구 충돌 궤도에 들어선 경우 현재 논의되는 소행성 궤도 수정 방법으로 궤도를 바꾸기 쉽지 않다는 점이 문제다. NASA는 지구에서 탐사하기 쉬운 쌍성계 소행성부터 연구하기 위해 소형 탐사선 프로젝트인 야누스(Janus)를 추진하고 있다. 미국 콜로라도대학과 록히드 마틴의 합작으로 개발되는 야누스 우주선은 사실 얼굴이 아니라 본체가 둘인 우주선이다. 무게 36㎏에 여행용 캐리어와 비슷한 크기의 소형 우주선 2대를 지구 근처에 있는 쌍성계 소행성에 보내 생성 원인 및 특성을 연구하는 것이 목표다. 야누스 프로젝트는 지난 9월 30일 NASA의 심플레스 프로그램(SIMPLEx program)의 리뷰 과정을 통과해 2022년 발사 가능성에 청신호가 켜졌다. 우선 탐사 목표로 거론된 소행성 중 하나는 (175706) 1996 FG3로 1.7㎞, 490m 지름의 천체 2개로 이뤄진 쌍성계 소행성이다. 비교적 크기 차이가 있어 쌍성계와 위성 사이를 오가는 수준으로 앞서 소개한 2017 YE5나 69230 헤르메스와 같은 아폴로 그룹에 속한다. 물론 지구 충돌 가능성이 있는 PHO 중 하나다. 연구팀은 이 소행성이 단단한 암석 덩어리가 아니라 잡석 더미 같은 구조의 소행성 쌍성계라고 보고 있다. 하지만 근접 관측 결과가 없어 막연히 추정할 뿐이다. 과학자들은 지구 충돌 코스에 들어선 소행성이 있으면 작은 우주선의 중력으로 견인해서 궤도를 살짝 벗어나게 하거나 혹은 우주선을 빠른 속도로 충돌시켜 궤도를 약간 수정하는 방법 등을 연구하고 있다. 하지만 하나가 아니라 두 개의 소행성으로 구성된 쌍성계 소행성에서는 결과를 예측하기 어려운 방법이다. 직접 탐사선을 보내 상세한 데이터를 수집하고 연구하는 과정이 선행되어야 하는 이유다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

별들은 모두 고유 방향으로 이동하지만, 그중에는 시속 몇만㎞에서 몇십만㎞에 달하는 고속으로 이동하는 것도 있다. 5년 전인 2015년 발견된 한 백색왜성은 지금까지 발견되지 않은 완전 새로운 유형의 초신성 폭발 때문에 고속으로 이동하고 있을지도 모른다는 이론이 제시됐다. 지구에서 용자리 방향으로 약 1430광년 거리에 있는 이 백색왜성은 질량이 태양의 약 40% 수준으로 우리 은하를 시속 90만여㎞(초속 250여㎞)의 고속으로 이동하고 있다. 그런데 이번에 영국 워릭대의 보리스 겐지케 물리학과 교수가 이끄는 국제연구진은 이른바 ‘독스’(Dox)라는 별칭으로 불리는 이 백색왜성이 부분적인 초신성 폭발을 일으켜 쌍성계에서 튕겨나와 고속으로 이동하게 됐을 가능성이 있다는 연구 결과를 발표했다. 우리 태양과 같은 항성이 적색거성을 거쳐 진화한 모습으로 알려진 대부분의 백색왜성은 주로 수소와 헬륨으로 이뤄진 대기를 갖는 것으로 알려졌다. 그런데 독스의 대기에는 수소와 헬륨은 보이지 않고 산소(99%)가 대부분이고 나머지는 네온과 마그네슘 그리고 실리콘이 섞인 대기라는 것이 이전 연구로 알려졌었다. 이에 따라 이번 연구에서는 허블 우주망원경의 관측 자료를 기초로 독스의 대기 화학 조성을 분석했다. 그 결과, 앞서 나온 원소들 외에도 탄소와 나트륨 그리고 알루미늄이 포함된 것으로 나타났다. 반면 철과 니켈, 크롬 그리고 망간은 거의 존재하지 않는 것으로 확인됐다. 이런 사실을 바탕으로 이들 연구자는 독스가 원래 쌍성계를 이루고 있었고 Ia형 초신성으로 대표되는 핵연소형 초신성 폭발을 일으켰지만, 앞서 설명한 바와 같이 그 폭발은 부분적인 것(규소 연소 과정까지 진행되지 않았다)이었다고 생각하고 있다. 다만 핵연소에 따라 질량의 대부분이 급격하게 없어짐으로써 쌍성계의 균형이 무너진 결과, 독스가 고속으로 튕겨나오게 됐다는 것이다. 이에 대해 겐지케 박사는 “이는 아마 지금까지 관측된 적이 없는 유형의 초신성 폭발이었을 것”이라고 말했다. 또 Ia형 초신성의 잔광은 니켈의 방사성 동위원소(니켈56)의 방사성 붕괴가 근원이지만, 독스가 일으킨 폭발에서는 니켈56이 소량밖에 생성되지 않은 것으로 보여 같은 폭발은 발견하기 어려울 것이라고 연구진은 밝혔다. 겐지케 박사는 “우리 은하에서 초신성 폭발로 살아남은 천체를 관측하는 것은 다른 은하에서 관측되는 수많은 초신성을 이해하는 데 있어 도움이 된다”고 말했다. 자세한 연구 결과는 ‘영국왕립천문학회 월간보고’(MNRAS) 최신호(7월 20일자)에 실렸다.　 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지구에서 7500광년 떨어진 별인 용골자리 에타별(Eta Carinae)은 태양 질량의 100배와 30배에 달하는 두 개의 초거성이 5.5년 주기로 서로의 주변을 공전하는 초거성 쌍성계다. 밝기는 더 엄청나서 태양 밝기의 500만 배와 100만 배에 달한다. 이렇게 큰 별 두 개가 태양-해왕성 거리에서 태양-화성 거리 정도의 거리를 두고 막대한 에너지와 가스를 내뿜고 있는데, 5000년 동안 이 가스를 모으면 태양 하나의 질량이 나올 정도다. 5000년은 인간에게는 길지만, 천문학적으로는 눈 깜짝할 사이라는 표현도 모자랄 정도로 짧은 시간이다. 천문학자들은 이렇게 극단적인 물질과 에너지가 방출되는 용골자리 에타별의 비밀을 밝히기 위해 많은 연구를 진행했다. 용골자리 에타별 쌍성계에서 나온 가스가 주변에 눈사람 모양으로 모인 호문클루스 성운 때문에 관측이 쉽진 않았지만, 과학자들은 최첨단 관측 기기를 이용해 이 독특한 초거성 쌍성계가 어떻게 항성풍과 에너지를 방출하는지 알아냈다. 여기서 밝혀진 가장 흥미로운 사실은 가까운 두 개의 초거성에서 나온 고에너지 입자가 서로 충돌해 거대한 충격파를 만들고 있다는 것이다.이 충격파에서는 극도로 강력한 항성풍 두 개가 서로 충돌하면서 섭씨 5000만 도의 고에너지 입자가 생성된다. 독일 전자 싱크로트론 연구소(Deutsches Elektronen-Synchrotron, 약자 DESY)의 과학자들은 아프리카 나미비아에 설치한 특수 망원경인 고에너지 스테레오스코픽 시스템 (High Energy Stereoscopic System, H.E.S.S.)를 이용해 용골자리 에타별을 관측했다. 연구팀은 엄청난 충격파로 뜨거워진 고에너지 입자가 X선 영역은 물론 감마선 영역에서도 에너지를 내놓을 것으로 기대했다. 그런데 관측 결과는 기대 이상이었다. 연구팀이 확인한 에너지는 400GeV(기가 전자볼트(eV))인데, 이는 가시광 영역의 1000억 배에 달한다. 그런데 아무리 두 초거성의 충격파가 크더라도 이렇게 높은 에너지가 나오기는 어렵다. 입자 가속기처럼 입자의 에너지를 더 높이는 경우만이 이런 관측 결과를 설명할 수 있었다. 따라서 연구팀은 용골자리 에타별에서 입자 가속기와 비슷한 현상이 일어날 수 있는 가능성을 검토했다. 참고로 입자 가속기는 강력한 자기장으로 입자를 가속하는 장치로 입자를 고속으로 충돌시켜 여러 가지 물리 현상을 실험하고 검증하는 장치다. 연구팀은 용골자리 에타별 주변의 초고온 환경과 강력한 자기장에서 두 가지 형태의 입자 가속이 가능하다는 가설을 세웠다. 전자를 가속하는 형태와 원자핵을 가속하는 형태가 그것이다. 두 가지 가능성 가운데 100GeV 이상의 높은 에너지를 설명할 수 있는 형태는 원자핵을 가속하는 경우로 좁혀진다. 저 멀리 우주에 원자핵을 가속하는 천연의 우주 입자 가속기가 존재한다는 이야기다. 우주에는 태양 질량의 수백억 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이나 1초에 수백 번 자전하는 중성자별인 밀리세컨드 펄서처럼 좀처럼 생각하기 어려운 극단적인 천체가 존재한다. 용골자리 에타별은 여기에 더해 천연 입자 가속기처럼 더 생각하기 힘든 기상천외한 자연 현상도 있다는 것을 보여줬다. 인간이 무엇을 상상하든 자연은 항상 그 이상을 보여준다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

우리가 육안으로 볼 수 있는 우주에서 가장 큰 별은 과연 얼마나 클까? 2014년 프랑스 니스 코트다쥐르 천문대의 올리비에 쉐스노 박사가 이끈 국제 연구팀이 발견한 'HR 5171 A' 별은 관측 사상 가장 큰 10개의 별 중 하나로 확인되었다. 특히 이 별은 태양의 1300배 이상 크기로 눈길을 끌 뿐만 아니라 짝별이 놀라울 정도로 가까이 접근해 있어 독특한 쌍성계를 이루고 있다. 따라서 마치 거대한 땅콩(gigantic peanut)처럼 보이는 이색적인 형태를 갖고 있다. 여러 천문대에서 이 별을 관측하여 HR 5171이 식쌍성계임을 알아냈다. 이 별은 반지름이 지금까지 알려진 황색 초거성 중 가장 큰데, 그 이유는 대부분이 가까이 붙어 있는 짝별과의 상호작용 때문이다. 이 두 별은 몸만 붙어 있는 것이 아니다. 짝으로 붙어 있는 다른 한 별이 본 별인 HR 5171 A의 운명에 큰 영향을 끼치고 있다. 이 쌍성계는 별들의 상호작용을 설명하는 데 도움이 될 수 있는 것으로 알려져 천문학자들이 연구 대상으로 많은 관심을 갖고 있다.HR 5171 A는 별의 생애 주기에서 불안정하고 매우 빠른 변화를 보이는 단계이며, 이 별이 속한 황색 극대거성은 매우 희귀하며 우리 은하에서도 고작 12개 정도만 알려졌다. 변화가 강력하게 일어나는 시기에 놓인 HR 5171 A는 자신의 옆에 붙어 있는 별을 모두 흡수할 것으로 보인다. HR 5171 A는 이 같은 과정을 통해 앞으로 다른 모습으로 진화할 가능성이 큰 것으로 예측된다. V766의 근접 동반성은 주성을 1300일 주기로 1회 돈다. 이들 근접쌍성을 다시 멀리서 돌고 있는 B형 짝별이 있다. 이 별을 관측하기 위해 연구팀은 유럽남방천문대(ESO)의 초대형 망원경 간섭계(VLTI)를 이용했다. 이 기술은 여러 망원경으로부터 빛을 모아 지름 140m에 달하는 거대 망원경의 효과를 만들어낸다. HR 5171 A는 지구에서 약 1만2000광년에 이르는 먼 곳에 떨어져 있지만, 방출하는 빛과 에너지가 매우 강해 맑은 밤하늘에는 육안으로 확인이 가능하다.우주에서 가장 큰 별은 태양과 같은 노란색으로 보이는 만큼 표면 온도는 섭씨 5000도로 추정되고 있으며, 지구에서 약 1만2000광년에 달하는 먼 거리에 떨어져 있지만 강한 빛과 에너지를 방출하고 있어 맑은 밤하늘에서 육안으로도 확인할 수 있다. 두 번째 사진에서 중앙에 보이는 노란 부분이 바로 ‘우주에서 가장 큰 별’이 존재하는 곳이며, 세 번째 사진에서 붉은 동그라미로 표시된 부분은 별이 관측되는 위치다. 한편, 현재까지 관측된 항성 중 우주에서 가장 큰 별은 ‘VY 캐니스 메이저리스’로 그 크기가 태양의 1450배에 달하는 것으로 알려졌다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

중국의 구경 500미터 전파망원경 톈옌(天眼·FAST)이 지구로부터 약 2만7000광년 떨어진 헤르쿨레스자리의 구상성단 M92에서 최초로 동반성을 잡아먹고 있는 펄서를 발견했다. 새 연구에 따르면 'PSR J1717 + 4307A'와 'M92A'라는 두 개의 이름을 가진 이 천체는 빠르게 회전하면서 맥동하는 펄서로, 식 쌍성계의 일원이라고 한다. 세계 최대의 전파망원경인 FAST를 운영하는 중국과학원(NAOC) 국립천문대 소속 지첸 판과 리 디가가 이끄는 연구팀은 M92A가 초당 316.5번이라는 빠른 속도로 회전하면서 0.18 태양 질량으로 우리 태양보다 더 밝은 별과 함께 공동 궤도를 공전하고 있다. 연구진은 FAST를 사용하여 이 쌍성계에서 한 천체가 동반성 앞쪽을 지나갈 때 나타나는 두 차례의 일식 현상을 관찰했다. 연구에 따르면 일식은 약 5000초 동안 지속되었고, 1000초와 2000초 사이에 도달한 두 번째 식은 500초 동안 지속되었다. M92A는 약간 느리게 움직이는 펄서의 수프업 버전인 밀리초 펄서(millisecond pulsar)로 알려져 있다. 밀리초 펄서는 강한 자기장을 띤 중성자별로, 30밀리초 미만의 속도로 빠르게 회전한다. 1967년 케임브리지대 천문학과 대학원생인 조슬린 벨 버넬이 최초로 펄서를 발견한 이래 천문학자들은 은하계에서만 수천 개에 이르는 고속 회전 천체를 발견했으며, 이들은 대개 은하 질량이 대부분을 차지하고 있는 은하면에 모여 있는 것으로 밝혀졌다. 그리고 일부는 우리 은하의 중심을 공전하는 구상성단 안에 자리잡고 있다. 보통의 펄서는 거성의 생애 마지막 단계에 생겨난다. 거성이 초신성 폭발로 마지막을 장식하면 별먼지가 자욱한 속에서 별의 시체라 할 수 있는 중성자별이 모습을 드러내는데, 펄서란 짧고 강한 자기장을 갖고 빠른 속도로 회전하는 중성자별을 가리킨다. 이 중성자 별은 부피는 작지만 태양 질량의 몇 배나 되는 물질이 20~24km 지름 속에 극도로 압축되어 있어 성냥갑만한 부피의 질량이 약 5조 톤에 이른다.밀리초 펄서는 훨씬 고속으로 회전하는 펄서로, 초신성 폭발에서 살아남은 동반자 별의 가스를 빨아들여 중성자별 주위의 디스크에 쌓는데, 이 디스크를 강착원반이라 한다. 이 강착원반은 초당 수백 번 회전한다. 국립 전파천문대에 따르면, 이 과정에서 X-선 쌍성계로 관측된다. 그런 다음 강착 과정이 끝나면 중성자별은 밀리초 라디오 펄서 단계에 이른다. M92와 같은 구상성단에서는 이러한 과정이 약간 다르게 진행되는 것으로 알려졌다. 두 천체가 중력으로 너무나 꽉 묶여 있기 때문에 오래된 중성자별이 동반성과 더 쉽게 상호작용하여 정상적인 쌍성계를 이루고 있다. M92A의 경우, 펄서는 동반성으로부터 맹렬하게 물질를 빨아들이는데, 이는 마치 자신의 수컷을 잡아먹는 악명 높은 호주의 붉은등과부거미와 비슷하다고 연구원들은 성명서에서 말했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지구에서 가장 가까운 거리의 블랙홀이 발견되었다. 이 블랙홀은 현재까지 최단 거리에 있는 블랙홀로 기록되었으며, 망원경 없이도 밤하늘에서 해당 영역을 찾을 수 있는 것으로 알려졌다. 남반구 별지리인 망원경자리에 숨어 있는 이 블랙홀은 거리가 약 1000광년으로, 맨눈으로도 보이는 두 밝은 별로 이루어진 쌍성계에 속한다. 블랙홀까지 친다면 삼중성계가 되는 셈이다. 물론 블랙홀은 관측할 수가 없다. 극도로 강한 중력으로 인해 주변의 모든 것을 집어삼키며, 빛까지도 거기에서 탈출할 수 없기 때문이다. 이 블랙홀의 발견은 천문학자들이 쌍성계 또는 질량 중심을 도는 이중성계를 연구하다 건진 뜻밖의 성과라 할 수 있다. 칠레의 라실라 천문대에서 MPG / ESO 2.2 미터 망원경을 사용하여 이중성계에 대한 광범위한 연구의 일환으로 HR 6819로 알려진 쌍성계를 관찰하고 자료를 분석한 결과, 연구원들은 쌍성계에서 제3의 천체, 곧 블랙홀이 숨어 있음을 발견하고 충격을 받았다. 천문학자들은 블랙홀을 직접 관찰할 수 없었지만, 삼중성계를 이루는 다른 두 천체와의 중력 상호작용을 계산하여 블랙홀 존재를 유추할 수 있었다. 몇 달 동안 시스템을 관찰함으로써 별의 궤도를 알아낸 결과, 보이지 않는 또 다른 거대한 질량이 이 시스템을 유지하고 있다는 결론을 내렸다. 관측에 따르면 두 별 중 하나가 40일마다 보이지 않는 천체 둘레를 일주하는 반면, 다른 별은 블랙홀에서 훨씬 더 먼 거리의 궤도를 돌고 있었다. 그들은 그 물체가 별 질량인 블랙홀, 즉 죽어가는 별의 붕괴로 형성되는 블랙홀로, 태양 질량의 약 4배인 것으로 계산해냈다. 새로운 연구를 주도한 유럽남부천문대의 토마스 리비니우스 대표저자는 성명에서 “적어도 태양 질량 4배의 질량을 가진 보이지 않는 물체는 블랙홀밖에 없다”면서 “이 시스템은 우리가 알고 있는 지구에 가장 가까운 블랙홀을 갖고 있다”고 밝혔다.HR 6819 블랙홀을 제외하고 지구에서 가장 가까운 블랙홀은 외뿔소자리의 블랙홀로, 지구에서 약 3000 광년 거리에 있다. 하지만 이보다 더 가까운 거리에서 블랙홀이 발견될 가능성도 배제할 수는 없다. 천문학자들은 우리은하에만도 수백만 개의 블랙홀이 있을 것으로 추정한다. HR 6819 블랙홀은 우리은하에서 발견된 최초의 별 질량 블랙홀 중 하나로, 강한 X-선을 방출하지 않는 대신 동반 별과 격렬하게 상호작용한다. 이 같은 블랙홀 발견은 이와 비슷한 ‘조용한’ 블랙홀을 발견하는 데 도움이 될 것으로 과학자들은 기대하고 있다. HR 6819 쌍성계를 찾는 방법은 일단 남반구에서만 가능하다. 남반구의 별지기들은 쌍안경이나 망원경의 도움 없이 밤하늘에 HR 6819 시스템의 별을 관측할 수 있다. 쌍성은 공작새자리와 망원경자리의경계 근처에 있으며, 5등성의 한 개 별처럼 보인다. 맨눈으로 볼 수 있는 별 등급의 한계는 6.5등성이다. 현재 이 별은 5.4등으로 우리 눈에 겨우 보일 정도다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지구서 1000광년 떨어진 블랙홀 관측쌍성계 안쪽 별에 태양질량 4배 물질 X선 방출 없어 검은색으로 숨은 모습다른 검은 블랙홀 관측에 도움 될 듯 지구에서 약 1000광년 떨어진 블랙홀이 발견됐다. 지금까지 관측된 총 20여개의 블랙홀 중 가장 가까운 것으로 맨눈으로도 볼 수 있다. 가디언은 6일(현지시간) 유럽남방천문대(ESO)의 토마스 리비니우스 박사가 이끄는 연구팀이 칠레 라 시쟈 관측소에서 관측한 결과가 과학저널 ‘천문학 및 천체물리학’에 실렸다고 보도했다. 해당 블랙홀은 ‘HR 6819’로 알려진 쌍성계를 관찰하다가 발견했다. 두 별 중 안쪽 별이 검게 숨어 있는 블랙홀을 40일 주기로 돌고 다른 별은 멀리서 안쪽 별과 블랙홀을 도는 구조다. 연구진은 쌍성이 지구 가까이에 있기 때문에 맑은 날에는 한반중에 맨눈으로도 볼수 있다고 했다. 지구에서 은하계 중심까지 2만 5000광년이 떨어져 있는 것을 감안하면 1000광년 정도 떨어진 블랙홀은 상당히 가까운 축에 든다. 대부분의 블랙홀은 강력한 X선을 뿜어 존재를 확인할 수 있다. 반면 이 HR 6819 블랙홀은 검은색으로만 보이는 항성질량 블랙홀로 확인됐다. 연구진의 계산결과 해당 블랙홀은 태양 질량의 적어도 4배 이상이었고, 이런 천체는 블랙홀밖에 없다는 결론이 나왔다. 천문학계에서는 이번 발견이 쌍둥이 자리의 또다른 삼중성계인 ‘LB-1’에 블랙홀이 숨어있는지 규명하는데 도움을 줄 것으로 보고 있다. 역시 검은 우주에 검은 블랙홀이 숨어 있어 관측이 안되고 있을 수 있다는 것이다. 이경주 기자 kdlrudwn@seoul.co.kr

과학자들은 지금까지 수천 개 이상의 외계 행성을 발견했다. 이들 중 대부분은 태양처럼 하나의 별 주변을 공전하는 행성이지만, 두 개 이상의 별 주위를 공전하는 외계 행성도 존재한다. 이 외계 행성에서 하늘을 바라보면 영화 스타워즈에 나오는 타투인 행성처럼 태양이 두 개로 보이는 것이다. 과학자들도 공식적으로는 '쌍성계 주변 행성'(circumbinary exoplanet)이라고 부르지만, 스타워즈 속 타투인 행성의 존재가 워낙 유명하기 때문에 이런 행성에는 타투인 행성이라는 별명이 붙어 있다. 사실 우주에는 두 개의 별이 중력으로 연결되어 서로 공전하는 쌍성계가 흔하다. 하지만 두 개의 별의 중력이 서로 간섭하는 경우 행성 궤도가 안정적으로 유지되기 어렵다. 따라서 과학자들은 쌍성계 주변 행성이 드물 것으로 예상했으나, 예상외로 많은 타투인 행성을 발견할 수 있었다. 미국 캘리포니아 대학 이언 체칼라가 이끄는 연구팀은 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해 타투인 행성이 생성되는 과정을 조사했다. 연구팀은 ALMA를 이용해 태어난 지 얼마되지 않은 쌍성계 주변 디스크를 관측했다. 행성은 새로 생성된 별 주변에 있는 가스 및 먼지 디스크에서 생성된다. 상대적으로 낮은 온도의 디스크는 가시광 영역보다 파장이 긴 전파에서 관측이 쉽기 때문에 연구팀은 강력한 전파 망원경을 이용해 관측한 것이다.관측 결과 19개의 원시 쌍성계 주변에서 행성이 태어날 수 있는 디스크를 발견할 수 있었는데, 모두 쌍성계의 공전 주기가 한 달 이내라는 공통점이 있었다.(사진) 사실 이 관측 결과는 기존의 타투인 행성계 생성 이론과 부합되는 결과다. 두 별의 중력 간섭을 받지 않고 행성이 생성될 수 있는 가장 좋은 조건은 두 별이 가까이에서 공전해서 마치 하나의 별처럼 중력을 행사하는 경우이기 때문이다. 따라서 타투인 행성은 매우 공전 주기가 짧은 쌍성계 주변에서만 생성될 수 있다. 미 항공우주국(NASA)의 행성 사냥꾼인 케플러 우주 망원경이 찾아낸 타투인 행성 역시 두 별의 공전 주기가 40일 이내였다. 이번 관측 결과는 기존의 이론을 검증했다고 볼 수 있다. 스타워즈에 등장한 타투인 행성에서 두 개의 태양은 상당히 근접해 보인다. 이는 그냥 태양을 두 번 촬영했기 때문이지만, 실제 타투인 행성 역시 두 태양의 거리가 가까운 경우가 대부분이다. 우연의 일치지만, 과학자들이 쌍성계 주변 행성을 타투인 행성이라고 불러도 좋은 이유가 하나 더 추가된 셈이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

몇백 년 전 두 별이 충돌하는 과정에서 나온 것으로 추정되는 무지갯빛의 가스 구름이 세계 최대 전파망원경 ‘알마’(ALMA)에 포착됐다. 5일(현지시간) 유럽남방천문대(ESO)에 따르면, 스웨덴·독일 등 국제연구진이 칠레 고원에 있는 알마 망원경 등으로 켄타우루스자리의 쌍성계 HD101584를 관측한 데이터를 분석해 두 항성 간 대립의 결과로 보이는 특별한 가스 구름을 발견했다. 알마와 인근 지역의 또다른 망원경 ‘아펙스’(APEX)의 데이터는 해당 쌍성계에서 항성 하나가 너무 크게 팽창해 나머지 항성을 집어삼켰다는 것을 시사한다. 질량이 더 작은 짝별(쌍성에서 밝기가 주성(主星)보다 어두운 별)은 태양의 미래 모습인 적색거성으로 변한 주성을 향해 소용돌이치며 파고들었고 오히려 주별의 외층을 떨어져 나가게 했다고 연구진은 분석했다. 이 과정에서 형성된 가스가 분출돼 알마 망원경에 포착된 가스 구름을 형성했다는 것이다. 이런 가스 분출은 이미 분출된 물질들 사이를 뚫고 나가면서 가스로 된 고리 및 밝고 푸르스름하거나 불그스름한 방울(blob)을 형성했다고 연구진은 덧붙였다. 연구진에 따르면, 이 때문에 주성은 결국 이른 시기에 핵만 남은 백색왜성이 돼 오히려 자신이 소멸하는 시기만 앞당겼다. 주성은 결국 천천히 식어가다가 더는 빛을 내지 못한 채 일생을 마감할 것이다. 연구에 참여한 스웨덴 웁살라대학의 소피아 람스테트 연구원은 “현재 우리는 태양과 같은 많은 별의 공통된 소멸 과정을 설명할 수 있지만, 이런 일이 왜 또는 어떻게 일어나는지는 정확하게 설명할 수 없다. 이번 쌍성계는 이런 문제를 해결하는 데 중요한 단서를 제공한다”면서 “HD101584에 관한 상세한 이미지 덕분에 이전에 존재한 적색거성과 그 잔해와의 관계를 알 수 있다”고 말했다. 또 연구진은 이런 연구는 별들이 소멸하는 단계에서 어떻게 상호작용하는지를 밝히는 것 외에도 우리 태양이 적색거성이 됐다가 어떻게 소멸하는지 이해하는 데 도움이 된다고 설명했다. 참고로 태양은 앞으로 50억년 안에 적색거성이 되면 수성과 금성은 물론 지구까지도 위협할 것으로 알려져 있다. 자세한 연구결과는 국제 천문학술지 ‘천문학과 천체물리학’(Astronomy & Astrophysics) 최신호에 실렸다. 사진=ESO 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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

미 항공우주국(NASA)에서 여름 인턴을 했던 고등학생이 새로운 행성을 발견하는데 큰 공을 세워 현지언론의 주목을 받았다. 지난 10일(현지시간) 미국 ABC, CBS뉴스 등 현지언론은 'TOI 1338 b'라 명명된 새 행성을 발견한 고등학생 울프 쿠키어(17)의 사연을 전했다. 뉴욕에 위치한 스카스 데일 고등학교 학생인 울프는 지난해 여름방학 중 메릴랜드 주에 위치한 NASA의 고다드 우주비행센터에서 인턴십을 가졌다. NASA의 실력있는 연구원들과 우주를 탐사하는 흔치않은 기회를 얻은 것. 울프에게 떨어진 업무는 TESS를 통해 얻어진 별 밝기에 대한 데이터를 분석하는 것. TESS는(Transiting Exoplanet Survey Satellite)는 NASA가 운영 중인 우주망원경으로 지금까지 큰 업적을 남긴 케플러 우주망원경의 후임이다. 케플러보다 관측범위가 400배는 더 넓는 TESS는 행성이 별(항성) 앞으로 지날 때 별의 밝기가 약간 감소하는 식현상(transit)을 이용해 행성의 존재 유무를 확인한다.인턴 당시 울프는 TOI 1338이라 불리는 쌍성계에서 미묘한 빛의 변화를 찾아냈고 이를 NASA 연구원들에게 보고한 후 함께 연구에 들어갔다. 그리고 울프가 발견한 것이 실제로 새로운 행성으로 확인돼 최근 하와이에서 열린 미 천문학 학회에서 논문으로 발표됐다. 지구에서 약 1300광년 떨어진 곳에 위치한 TOI 1338는 두개의 항성으로 이루어진 쌍성계다. 이 두개의 항성을 돌고있는 행성이 바로 TOI 1338 b로, 영화 '스타워즈'에 등장하는 '타투인'의 현실판인 셈이다. 지구보다 6.9배 정도 큰 TOI 1338 b는 각각 지구 시간으로 93, 95일 동안 두 항성을 돈다. NASA에 따르면 TOI 1338과 같은 쌍성계는 우주에 많지만 실제로 찾는 것은 어렵고 특히 이곳에서 식현상을 통해 행성을 찾는 것은 더욱 어렵다. 　 　 울프는 "발견한 것을 과학적으로 증명하는 것은 매우 어려웠지만 데이터가 진실임을 말하고 있었다"면서 "내부적으로 여러차례 논쟁이 벌어졌지만 결국 인턴십이 끝날 무렵 행성이라는 것을 확신했다"고 밝혔다. 이어 "NASA의 인턴십은 나에게 큰 기회였으며 앞으로도 그곳의 멘토들에게 큰 도움을 받고싶다"고 덧붙였다. 보도에 따르면 울프는 대학에서 천체물리학을 전공할 계획으로 이미 프린스턴 대학의 입학허가를 받았으나 아직 진학 결정은 하지 않았다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr