[사이테크+] 폭발한 별의 짝도 초신성됐다?…'쌍성계 초신성 잔해' 후보 발견

美 연구팀 "16년 감마선 관측 성과…두 별이 각각 폭발해 남긴 흔적 첫 관측"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 우리은하(Milky Way)에서 가장 유명한 초신성 잔해 가운데 하나인 '해파리성운'(IC 443)이 사실 혼자가 아니라 함께 태어난 동반 별이 시차를 두고 초신성 폭발을 일으킨 흔적일 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

해파리성운(IC 443) 영역 해파리성운(IC 443) 영역의 복합 다파장 이미지(IC 443에서 방출되는 X선 신호는 제거)에 페르미 광역 망원경(Fermi Large Area Telescope)이 탐지한 1 GeV 이상의 감마선 방출을 중첩한 모습. [NASA Goddard Space Flight Center and M. Michailidis et al. 2026; orange, brown: radio, ESA/Planck and MWISP; yellow: optical, DSS; red: infrared, NASA/WISE; violet: ultraviolet, NASA/Swift; teal: X-rays, SRG/eROSITA; magenta: gamma rays, NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration 제공. 재판매 및 DB 금지]

미국 스탠퍼드대 밀티아디스 미하일리디스 박사팀은 22일 과학 저널 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에서 IC 443 인근 초신성 잔해(G189.6+3.3) 관측 자료를 종합 분석한 결과, 쌍성계를 이루던 두 별이 시차를 두고 각각 초신성 폭발을 일으킨 흔적일 가능성이 매우 큰 것으로 나타났다고 밝혔다.

연구팀은 이 발견이 거대질량 쌍성계가 어떻게 진화해 각각 초신성 폭발을 일으키는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공하며 우주선(cosmic ray)과 고에너지 중성미자 생성 과정을 밝히는 연구에서도 새로운 관측 대상이 될 것이라고 말했다.

초신성 잔해는 무거운 별이 초신성 폭발로 생을 마친 뒤 남긴 가스와 먼지구름이다. 지금까지 우리은하에서 약 300개의 초신성 잔해가 확인됐지만, 서로 어떤 관계를 갖는지는 주변 천체가 복잡하게 얽혀 있는 경우가 많아 밝히기 어려웠다.

연구팀은 특히 쌍성계에서 함께 태어난 두 별이 각각 초신성 폭발을 일으켜 두 개의 초신성 잔해를 남긴 사례는 지금까지 확인된 적이 없었다고 지적했다.

이들은 미 항공우주국(NASA) 페르미 감마선 우주망원경의 페르미 대면적 망원경(Fermi-LAT)이 2008년부터 2024년까지 16년 동안 IC 443 주변 영역을 관측한 자료를 분석하고, 독일 eROSITA의 엑스선 관측과 광학·적외선·전파 관측 자료를 함께 비교했다.

가시광선·적외선·전파·자외선·X선을 결합한 IC 443 영역 복합 다파장 영상 가시광선, 적외선, 전파, 자외선, 엑스선을 결합해 만든 해파리성운(IC 443 ) 영역의 복합 다파장 영상. 삽입 그림은 자외선과 가시광선에서 모두 관측되는 필라멘트로, IC 443 너머까지 이어져 초신성 잔해 G189.6+3.3의 북쪽 경계를 나타낸다. [NASA Goddard Space Flight Center and M. Michailidis et al. 2026; orange, brown: radio, ESA/Planck and MWISP; yellow: optical, DSS; red: infrared, NASA/WISE; violet: ultraviolet, NASA/Swift; teal: X-rays, SRG/eROSITA 제공. 재판매 및 DB 금지]

그 결과 지금까지 IC 443의 매우 강한 감마선 방출에 가려져 있던 초신성 잔해 'G189.6+3.3'에서 독립적인 감마선 방출원이 처음으로 확인됐다.

연구팀은 G189.6+3.3과 IC 443이 모두 약 5천900광년(약 1.8 kpc) 거리에서 같은 분자구름과 상호작용하고 있고, 실제 공간에서도 매우 가까이 있으며 지구에서 거리도 거의 같다는 사실을 확인했다.

또 G189.6+3.3을 만든 별은 IC 443을 만든 별보다 약 2만~10만 년 먼저 초신성 폭발을 일으킨 것으로 추정됐다.

연구팀은 이는 질량이 더 큰 별이 먼저 진화를 마쳐 폭발하고, 동반성은 수만 년 뒤 뒤따라 폭발하는 거대질량 쌍성계의 진화 과정과 잘 들어맞는다고 설명했다.

이어 별의 진화를 모사하는 컴퓨터 모델로 거대질량 쌍성계 100만 개를 시뮬레이션한 결과, 실제 관측된 두 초신성 잔해 사이의 거리와 폭발 시기 차이가 쌍성 진화 과정에서 자연스럽게 만들어질 수 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 통계 분석에서도 두 초신성 잔해가 우연히 하늘에서 가까이 겹쳐 보이고 거리까지 일치할 확률은 0.06~0.2% 정도에 불과한 것으로 나타났다며 보수적으로 추정해도 그 확률은 1% 미만이라고 말했다.

또 여러 독립적인 증거를 종합하면 두 초신성 잔해가 원래 하나의 쌍성계에서 태어난 별들이 각각 초신성 폭발을 일으켜 만들어졌다는 해석이 가장 설득력 있다고 덧붙였다.

미하일리디스 박사는 해파리성운(IC 443)은 이제 더 이상 고립된 초신성 잔해가 아니라 G189.6+3.3과 함께 하나의 복합계로 이해해야 한다며 이 발견이 거대질량 쌍성의 진화와 초신성 폭발 메커니즘 연구에 새로운 길을 열어줄 것이라고 말했다.

◆ 출처 : Nature Communications, Miltiadis Michailidis et al., 'Shared cloud interactions unveil a candidate binary-system supernova pair with no known analogue', https://www.nature.com/articles/s41467-026-74978-x

scitech@yna.co.kr

▶제보는 카톡 okjebo