지난 2월 12일 영국의 한 아마추어 천문학자는 오피우쿠스 자리의 한 희미한 별이 갑자기 밝아져 망원경 없이도 관측이 가능했다고 보고한 바 있다. 이와 관련하여 영국의 천문학과 입자물리학 정부연구기관인 피파크(PPARC)는 최신 발표에서 별이 폭발할 때 어떤 일이 일어나는지에 대한 새로운 사실을 알 수 있다고 전했다, 지난 4월 7일 영국 라이스터의 왕립천문학회 회의에서 리버풀 존무어스 대학의 보드 교수와 조드렐뱅크 천문대의 오브라이언 박사가 연구한 관측자료를 통해서 가능하다는 뜻이다.

피파크에 따르면, 알에스 오피우쿠스(RS Oph)로 명명된 이 ‘회귀성 신성 (recurrent nova)’은 지난 108년 동안 5번 정도 이 밝기에 도달한 바 있는데, 바로 전 시기는 1985년이었다고 한다. 최근 폭발은 여러 개의 우주망원경과 지상망원경에 의해서 그 세부사항이 관측되었다.

백색왜성(지구만한 크기의 초고밀도로 된 별의 핵)으로 이루어진 알에스 오피우쿠스는 지구로부터 불과 5000광년 떨어져 있으며, 훨씬 큰 적색거성과 매우 근접한 궤도를 그리며 돌고 있다. 그림과 같이 이 두 별은 너무나 가까워서 적색거성의 외곽으로부터 나온 수소가스가 중력이 강한 백색왜성으로 빨려 들어가고 있다. 20년 정도 후에는 충분히 가스가 유착되어 백색왜성의 표피에서 열핵폭발이 일어날 것이다. 이 때 그 에너지 출력은 하루에 태양이 방출하는 에너지의 10만 배가 넘으며, 지구의 4~5배 질량의 유착된 가스는 초당 수 천 킬로미터의 속도로 우주공간으로 방출된다. 1세기에 다섯 번 일어난 폭발은 백색왜성이 중성자별로 붕괴되지 않을 정도의 질량에 도달해 있음을 보여준다.

4개의 우주망원경과 지구상의 여러 망원경이 알에스 오피우쿠스를 동시에 관측한 2006년 2월 26일은 관측의 절정이라 부를 만한 날이었다. 알에스 오피우쿠스의 독특한 점은 적색거성이 어마어마한 가스를 방출하면서 그 가스가 백색왜성을 포함한 거대한 공간을 집어삼킨다는 것이다. 결과적으로, 백색왜성의 폭발은 적색거성의 확장된 공간 안에서 이루어지고 적색거성의 가스 또한 매우 빠른 속도로 백색왜성에 충돌하게 된다.

알에스 오피우쿠스의 폭발이 국제천문학계에 공지된 지 1시간 만에, 지상과 우주공간의 망원경은 작동에 들어 갔다. 이 중 나사의 스위프트(SWIFT) 우주망원경은 그 이름처럼 천구의 변화를 재빠르게 감지할 수 있었다. 또한 이 중에는 라이스터 대학에 의해 세워진 엑스레이 망원경도 포함된다. 이번 관측에서 스위프트 관측팀을 이끌고 있는 리버풀 존무어스 대학 보드 교수는 “1985년에는 당시 관측장비 수준으로 알에스 오피우쿠스 폭발의 스펙트럼 중 중요한 엑스선 측정이 거의 이루어지지 않았다”고 하면서, “백색왜성에서 분출된 물질과 적색거성에 나온 가스에 의해 태양의 핵온도의 10배에 해당하는 섭씨 1억도의 충격(shock)이 생겨날 것으로 짐작된다”고 하였다.

피파크는 “폭발이 시작된 지 3일 만에 스위프트팀에 의한 첫 관측으로 매우 강한 엑스선원(X-ray source)이 있음을 밝혀내었다. 최초 몇 주 동안은 더욱 밝아졌다가 어두워짐을 반복하였고 스펙트럼은 섭씨 1천만도 정도로 가스 온도가 내려감을 보여주었다. 이는 충격이 적색거성의 가스바람을 밀어내어 안정시킨 것으로 생각된다”고 설명하였다.

라이스터 대학의 오스본 교수는 “폭발 후 한 달, 알에스 오피우쿠스의 엑스선 강도는 매우 높아진다. 이는 아마도 ‘핵연료’를 태우고 있는 뜨거운 백색왜성이 적색거성의 가스를 통과해서 보이기 시작하기 때문인 것으로 생각된다”고 말했다. 그는 또한 “이 새로운 엑스선 방출은 극도로 변화무쌍해서 35초 간격으로 지속되는 맥동변광(pulsation)을 관측할 수 있었으며, 이러한 변화는 아마도 백색왜성에서 타는 핵연료의 불안정성에서 비롯될 가능성이 있다”고 덧붙였다.

한편, 다른 파장대에서도 이 폭발 현상을 관측했는데, 1985년의 폭발로 박사학위를 취득한 조드렐뱅크 천문대의 오브라이언 박사와 센트럴랭카셔 대학의 아이어스 교수는 이 폭발에 대해 보다 세밀한 전파관측을 수행하였다. 오브라이언 박사는 “전파와 엑스선 영역에서의 동시관측은 폭발의 진화과정에 대한 심도 있는 정보를 제공해준다”며 흥분을 감추지 못했다. 아이어스 교수 또한 “이번 관측에서는 유럽, 북아메리카, 아시아의 전파망원경이 동시에 매우 세밀한 관측에 참여하고 있어 이 폭발에 대한 이해도를 더욱 높일 것”이라고 덧붙였다.

또한 스페인 라팔마에 있는 리버풀 자동망원경을 비롯한 가시광선 영역의 망원경에서도 관측자료가 수집되었는데, 적외선 관측팀의 키일 대학 에반스 교수는 “나사의 스피처 우주망원경을 통해 사상최초로 폭발 이후의 효과를 우주의 적외선 영역에서 관측할 수 있었다”며, “충격을 받은 적색거성의 가스바람과 백색왜성에서 분출된 물질은 엑스선, 가시광, 전파 영역뿐만 아니라 적외선 영역에서도 스펙트럼을 방출하였는데, 이는 가스 온도와 분출된 물질의 원소가 무엇인지 아는 데에 결정적인 단서를 제공할 것”이라 전했다.

피파크는 이번 발표를 통해 다음과 같이 결론지었다.

“이번 관측에서 무엇보다 분명해진 것은 알에스 오피우쿠스는 ‘II형 초신성 잔해(Type II supernova remnant)’와 유사하게 행동한다는 것이다. II형 초신성의 진화과정은 태양질량의 8배 정도 되는 별의 파국적인 사망을 대표하고 있다. 그들은 또한 주변공간과 반응하는 물질을 매우 빠른 속도로 방출하는 특성을 가지고 있다. 그러나 II형 초신성의 전체 진화과정은 몇 만년이 걸리는 반면, 알에스 오피우쿠스의 폭발은 우리 눈앞에서 그 과정을 모두 보여 주는 소중한 기회를 제공해 주었다.”