[표지로 읽는 과학] 100배 더 밝은 '초광도 초신성' 깜빡이는 이유

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초신성은 수명을 다한 별이 죽으면서 일으키는 큰 폭발을 말한다. 이번주 국제학술지 '네이처' 표지에는 일반적인 초신성보다 10~100배 밝은 '초광도 초신성' 중심에서 빠르게 회전하는 강한 자석별 '마그네타' 주위로 물질이 원반 형태를 이뤄 기울어진 채 흔들리는 모습이 그려졌다. 

미국 라스쿰브레스천문대와 산타바바라캘리포니아대(UC산타바바라) 연구팀은 지구에서 약 10억 광년(1광년은 빛의 속도로 1년간 이동한 거리) 떨어진 초광도 초신성 'SN 2024afav'를 장기간 관측해 밝기 변화의 원인을 분석하고 연구결과를 11일(현지시간) 네이처에 공개했다.

일반 초신성은 밝아졌다가 예측 가능한 속도로 어두워지지만 초광도 초신성은 밝기가 자주 요동치는 경우가 잦아 그 원인을 두고 천문학자들의 논쟁이 활발하다.

희귀 천체인 초광도 초신성의 에너지원은 오랫동안 밝혀지지 않았다. 격렬한 별의 핵 붕괴 과정에서 강력한 자기장을 나타내며 빠르게 회전하는 중성자별 마그네타가 내부에서 에너지를 공급한다는 가설이 유력하다. 초신성 충격파가 별 주변에 뭉쳐 있는 가스층과 충돌해 밝기를 다시 증가시킬 수 있다는 가설도 있다.

연구팀은 SN 2024afav의 초신성 폭발을 컴퓨터 모델로 분석해 새로운 메커니즘을 제시했다. 마그네타로 빨려 들어가는 물질 원반은 팽이가 기울어져 돌 때 회전축 자체가 원을 그리며 흔들리는 '세차 운동'과 비슷한 움직임을 보인다. 빠르게 회전하는 마그네타가 일반 상대성이론에 따라 주변 시공간을 끌어당기듯 뒤틀어 일어나는 세차 운동을 '렌세-티링 세차 운동'이라고 한다. 

렌세-티링 세차 운동이 일으킨 진동으로 물질이 마그네타에서 나오는 빛을 가리거나 반사해 전체가 마치 깜빡이는 것처럼 보이고 물질 원반이 마그네타 쪽으로 가까워질수록 진동하는 속도가 빨라져 지구의 망원경에서는 밝기가 요동치는 주기가 점점 짧아지는 '처프' 신호가 관측된다는 설명이다.

연구를 이끈 조지프 파라 라스쿰브레스천문대 연구원은 "뉴턴 역학과 마그네타 자기장에 의한 세차 운동 등 여러 가능성을 검토했지만 관측 시점과 정확히 맞아떨어진 것은 렌세-티링 세차 운동뿐이었다"며 "초신성의 역학을 설명하는 데 일반 상대성이론이 동원된 것은 이번이 처음"이라고 말했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41586-026-10151-0

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]