[표지로 읽는 과학] 초신성 폭발 전 내부 구조 드러나

네이처 제공.

이번 주 국제학술지 ‘네이처’ 표지에는 초신성 ‘2021yfj’의 외부층이 벗겨지며 규소(회색), 황(노란색), 아르곤(보라색)으로 구성된 내부층이 드러난 이미지가 실렸다. 초신성은 거대한 별의 마지막 진화 단계로 급격한 폭발이 일어난 뒤 사라진다.

스티브 슐체 미국 노스웨스턴대 천체물리학 학제간 탐사·연구센터 연구원 연구팀이 태양보다 60배 무거운 2021yfj의 안쪽 층 구조를 관측하고 연구결과를 네이처에 20일 발표했다.

거대한 별들의 중심부에서는 핵융합 반응이 일어나 무거운 원소들이 형성된다. 중심에 가까울수록 무거운 원소들이 형성되는 명확한 층 구조를 가질 것으로 추정된다.

외층은 헬륨과 같은 가벼운 원소들이 위치하고 중심부로 갈수록 탄소, 산소, 황, 규소, 철 등 점점 무거운 원소들이 자리 잡는다는 것이다.

거대한 별의 층 구조를 확인하려면 관측이 필요하지만 층 구조를 포착하는 일은 불가능에 가깝다. 별의 중심부가 드러나는 것은 초신성 폭발이 일어나는 순간인데 이때 여러 층들이 혼합돼 관측을 방해하기 때문이다. 

연구팀은 캘리포니아주 팔로마천문대의 천체 관측장비인 '츠비키 순간포착 시설(ZTF)'을 이용해 포착한 2021yfj의 스펙트럼을 정밀 분석했다. 

그 결과 2021yfj의 깊숙한 내부 층이 드러난 것으로 확인됐다. 규소와 황 등이 풍부하게 존재하는 깊숙한 내부를 최초로 관측하게 된 것이다. 

연구팀은 2021yfj의 외부층이 벗겨짐으로써 내부 구조를 관측하게 됐다고 밝혔다. 다만 거대한 별의 외부층이 어떻게 쉽게 벗겨져 내부 비밀을 드러낼 수 있었던 것인지에 대해서는 의문을 제기했다. 

연구팀은 “초신성의 내부 구조가 드러나는 것은 매우 드문 일”이라며 “이번 관측은 별의 내부 구조 및 진화를 이해하는 데 도움을 줄 것”이라고 말했다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]