허블 우주망원경의 놀라운 발견: 명왕성급 천체 조각을 흡수하는 백색왜성

우리 은하의 이웃에서 놀라운 현상이 목격되었습니다. 바로, 타버린 별인 백색왜성이 명왕성과 비슷한 천체의 파편을 흡수하고 있다는 사실입니다. NASA의 허블 우주망원경만이 가진 독보적인 자외선 관측 능력 덕분에 이러한 우주적 만찬이 포착될 수 있었습니다.

소멸하는 별과 그 먹잇감

이 백색왜성은 우리 태양의 절반 정도 질량을 지녔지만, 지구 크기의 작은 천체에 엄청난 질량이 밀집되어 있습니다. 과학자들은 이 백색왜성의 강력한 중력이 해당 항성계의 카이퍼 벨트(Kuiper Belt)에 해당하는 얼음 조각들을 끌어들여 산산이 조각냈다고 추측합니다. 카이퍼 벨트는 우리 태양계를 둘러싸고 있는 얼음과 암석 파편의 고리와 같은 존재로, 이번 발견은 이러한 얼음 천체들의 운명에 대한 새로운 단서를 제공합니다. 연구 결과는 9월 18일 영국 왕립천문학회 월보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 발표되었습니다.

허블 우주망원경이 밝혀낸 비밀: 화학적 분석

연구팀은 백색왜성으로 떨어지는 파편들의 화학적 구성을 분석하여 이러한 사건을 규명했습니다. 특히, 탄소, 황, 질소와 같은 휘발성 물질과 높은 산소 함량을 감지했는데, 이는 다량의 물이 존재함을 시사합니다.

영국 워릭대학교의 Snehalata Sahu 박사는 “놀라운 발견이었습니다. 물이나 다른 얼음 성분을 발견할 줄은 예상하지 못했습니다. 왜냐하면 혜성이나 카이퍼 벨트 천체들은 항성이 백색왜성으로 진화하는 과정에서 행성계에서 먼저 튕겨져 나가기 때문입니다. 하지만 여기서는 매우 휘발성이 풍부한 물질을 감지했습니다. 이는 백색왜성과 외계 행성을 연구하는 천문학자들에게 모두 놀라운 발견입니다.”라고 말했습니다.

허블 우주망원경의 역할: 자외선 관측의 중요성

허블 우주망원경의 우주기원분광기(Cosmic Origins Spectrograph)를 이용하여 분석한 결과, 파편들의 64%가 얼음으로 구성되어 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이렇게 많은 얼음이 존재한다는 것은 파편들이 항성계의 카이퍼 벨트에서 멀리 떨어진 곳에서 형성된 매우 거대한 천체의 일부였음을 의미합니다. 허블 데이터를 이용하여 과학자들은 이 천체가 일반적인 혜성보다 크며, 외계 명왕성(exo-Pluto)의 파편일 가능성이 있다고 계산했습니다.

또한, 백색왜성 파편계에서 지금까지 감지된 것 중 가장 많은 양의 질소를 감지했습니다. Sahu 박사는 “명왕성의 표면은 질소 얼음으로 덮여 있습니다. 우리는 백색왜성이 왜소 행성의 지각과 맨틀 파편을 흡수했다고 생각합니다.”라고 설명했습니다.

이러한 휘발성이 풍부한 천체들의 백색왜성에 의한 흡수는 가시광선으로는 감지하기 매우 어렵습니다. 이러한 휘발성 원소들은 허블 우주망원경의 독특한 자외선 감지 능력으로만 감지할 수 있습니다. 가시광선으로는 백색왜성이 평범하게 보일 것입니다.

미래의 태양: 백색왜성과의 유사성

수십억 년 후, 우리 태양이 타서 백색왜성으로 붕괴하면 카이퍼 벨트 천체들은 이 강력한 중력에 의해 끌어당겨질 것입니다. Sahu 박사는 “그러면 이러한 미행성들은 파괴되어 흡수될 것입니다. 먼 미래에 외계 관측자가 우리 태양계를 관찰한다면, 오늘날 이 백색왜성 주변에서 보이는 것과 같은 잔해를 볼 수 있을 것입니다.”라고 말했습니다.

연구팀은 적외선 관측을 통해 이 백색왜성을 관찰하여 물과 탄산염과 같은 휘발성 물질의 분자 특징을 감지하기 위해 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope)을 사용하기를 희망하고 있습니다. 백색왜성을 더 연구함으로써 과학자들은 이러한 휘발성이 풍부한 흡수 사건의 빈도와 구성을 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.

더 넓은 우주적 맥락: 혜성 3I/ATLAS와의 연관성

Sahu 박사는 최근 발견된 성간 혜성 3I/ATLAS에도 관심을 가지고 있습니다. 특히, 그 물의 비율을 포함한 화학적 구성을 알고 싶어합니다. Sahu 박사는 “이러한 유형의 연구는 행성 형성에 대해 더 많이 배우는 데 도움이 될 것입니다. 또한 암석 행성에 물이 어떻게 전달되는지 이해하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.”라고 말했습니다.

워릭대학교의 Boris Gänsicke 박사는 이 발견으로 이어진 허블 프로그램의 주요 연구원이었습니다. Gänsicke 박사는 “우리는 허블을 사용하여 500개가 넘는 백색왜성을 관측했습니다. 이미 행성의 구성 요소와 파편에 대해 많은 것을 배웠지만, 이제 우리 태양계의 차가운 외곽 지역의 천체와 비슷한 시스템을 발견했다는 사실에 매우 기뻤습니다. 외계 명왕성의 구성을 측정하는 것은 이러한 천체의 형성과 진화에 대한 우리의 이해에 중요한 기여입니다.”라고 말했습니다.

허블 우주망원경은 30년 이상 운영되어 우주의 근본적인 이해를 형성하는 획기적인 발견을 계속해서 해내고 있습니다. 허블은 NASA와 ESA(유럽우주국) 간의 국제 협력 프로젝트입니다. 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주비행센터는 망원경과 임무 운영을 관리합니다. 덴버에 본사를 둔 록히드 마틴 스페이스는 고다드에서 임무 운영을 지원합니다. 천문학 연구를 위한 대학 협회가 운영하는 볼티모어의 우주망원경 과학연구소는 NASA를 위해 허블 과학 운영을 수행합니다.

허블에 대한 자세한 내용은 https://science.nasa.gov/hubble을 방문하십시오.

@NASAHubble

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이 이미지는 백색왜성 주변의 거대한 파편 원반을 보여줍니다. 포착된 명왕성급 천체의 파편들이 백색왜성으로 떨어지고 있습니다.

이미지 출처: NASA, Tim Pyle (NASA/JPL-Caltech)

출처: https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-sees-white-dwarf-eating-piece-of-pluto-like-object/