태극 문양을 닮은 이 별의 정체는?

<span style="color: rgb(0, 184, 177);">곽노필의 미래창</span>
8천광년 거리의 삼중성계 성운 ‘아펩’
두별은 성운 만들고 한 별은 갉아먹어

제임스웹우주망원경의 중적외선기기로 본 8000광년 거리의 아펩 성운. 3개의 별이 짝을 이뤄 만든 성운으로 드러났다. 왼쪽의 밝게 빛나는 별은 아펩 성운과 관련이 없다. ‘더 컨버세이션’에서 인용

태극 문양을 연상시키는 모습을 한 별이 제임스웹우주망원경(JWST)의 적외선 카메라에 포착됐다. 두 개의 죽어가는 별이 뿜어낸 먼지가 궤도운동의 영향으로 소용돌이를 형성하고 있는 장면이다.

지구에서 약 8000광년 떨어진 거리에 있는 이 별(2XMM J160050.7–514245)은 초신성으로 폭발하기 전단계에 해당하는 볼프-레이에별(Wolf-Rayet Star)이다. 태양 질량보다 10배 이상 큰 별은 마지막 순간에 초신성으로 폭발하는데, 볼프-레이에별 단계에 이르면 바깥 대기층에 있는 엄청난 양의 가스와 먼지를 우주공간으로 밀어낸다. 볼프-레이에별의 존속 기간은 길어봤자 수백만년으로 우주의 시간 척도로 보면 매우 짧은 순간이다.

이 기간 동안 별빛의 복사압(빛이 물체에 부딪히면서 가하는 압력)은 별의 내부 물질을 바깥쪽으로 퍼뜨려 해파리 모양의 성운을 만든다. 그런데 볼프-레이에별의 상당수는 두 별이 짝을 이루고 있는 쌍성계다. 따라서 물질은 직선으로 분출되지만 두 별이 서로 공전하면서 성운은 나선형을 이룬다.

이 별은 2018년 유럽남방천문대의 초거대망원경(VLT) 관측을 통해 발견될 당시 그 모습이 자기 꼬리를 물고 있는 뱀을 닮았다 해서 ‘아펩’이란 이름이 붙여졌다. 아펩은 고대 이집트 신화에 등장하는 파괴와 혼돈의 뱀 신이다.

오스트레일리아 매쿼리대가 주축이 된 국제 공동연구진이 제임스웹망원경으로 아펩을 새로 관측한 결과, 2개가 아닌 3개의 별이 짝을 이루고 있는 것으로 드러났다. 연구진은 관측 결과를 사전 출판논문 공유집 아카이브에 두 편의 논문으로 공개했다. 논문은 국제학술지 ‘천체물리학저널’(Astrophysical Journal)에도 제출됐다.

2018년 유럽남방천문대 초거대망원경 관측을 통해 처음 발견된 아펩 성운. 유럽남방천문대 제공

두 별은 경쟁자, 한 별은 파괴자

논문 공동저자인 맥쿼리대 벤저민 포프 교수(데이터과학)는 전문가 독립매체 ‘더 컨버세이션’을 통해 “아펩 성운은 우아한 바람개비 성운처럼 보일 것으로 예상했지만 놀랍게도 그렇지 않았다”고 말했다.

연구진은 애초 아펩이 큰 별과 작은 동반별로 이뤄져 있을 것으로 생각했다. 볼프-레이에 별의 경우 대개 무거운 별에서 동반별 쪽으로 물질이 흘러들어가면서 고리 모양의 성운이 만들어지기 때문이다.

그러나 관측 결과 두 별은 용호상박의 경쟁자처럼 거의 비슷한 힘으로 항성풍을 내뿜고 있었고, 우주 먼지는 아주 넓은 원뿔 형태로 퍼져 마치 풍향계의 바람자루 형상을 하고 있었다. 두 별 사이의 거리는 지구~태양 거리의 100배, 공전 주기는 193년이다.

또 2018년 관측 때 두 별과 멀리 떨어진 거리에서 발견된 세번째 별도 같은 시스템을 이루고 있는 것으로 드러났다. 당시엔 두 별과 같은 시스템을 이루고 있는지 우연히 한 시야에 잡힌 것인지 아리송했다.

이번 관측 결과 세번째 별이 뿜어낸 항성풍은 다른 두별이 뱉어낸 먼지에 구멍을 내고 있었다. 연구진은 과학매체 ‘아이에프엘 사이언스’(IFLScience)에 “세번째 별은 다른 두별보다 더 작았으나 그동안 두 별이 많은 물질을 방출함에 따라 지금은 세 별 중 질량이 가장 크다”고 말했다.

연구진은 “이번 발견은 두 별의 항성풍이 충돌하면서 만들어진 충돌풍 성운에서 세번째 별이 성운의 먼지를 파괴하는 삼중성계의 첫 사례”라고 밝혔다.

*논문 정보

The formation and evolution of dust in the colliding-wind binary Apep revealed by JWST.

https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.14498

The Serpent Eating Its Own Tail: Dust Destruction in the Apep Colliding-Wind Nebula.

https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.14610

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr