지난해 초신성 폭발 임박설로 관심을 모았던 오리온자리 알파별 베텔게우스의 밝기가 갑자기 줄어들었던 이유는 이 별에서 방출한 대량의 먼지구름 탓으로 실제 폭발까지는 10만 년 이상 남았다는 연구 결과가 나왔다.
호주국립대 메리디스 조이스 박사가 주도한 국제연구진은 항성 진화와 맥동의 유체역학(베텔게우스는 크기와 밝기가 변하는 맥동변광성) 그리고 별의 지진(성진)의 이론적 계산을 사용해 베텔게우스의 밝기 변화 여부를 분석했다.
▲ 유럽남방천문대(ESO)의 초대형망원경(VLT)으로 직접 촬영한 2019년 1월과 12월의 베텔게우스 표면 이미지(위)와 최근 베텔게우스의 광도 변화를 발취해 나타낸 그래프.(사진=ESO/M. Montargs et NASAal./L.Molnár, AAVSO, UCSD/SMEI, NASA/STEREO/HI)
그 결과 현재 베텔게우스는 수소의 핵융합이 마무리되고 있으며 그 핵융합의 생성물로서 중심핵에 쌓인 헬륨을 통한 2단계 핵융합이 시작되고 있는 것으로 나타났다.
이는 이 별의 핵이 약 1억℃에 도달했을 때 일어나는 것으로 3개의 헬륨 핵이 충돌하고 융합해 탄소 핵을 형성한다. 이 연소 과정이 끝나는 언젠가 중심핵은 붕괴, 초신성 폭발을 일으켜 성간 공간에 먼지와 가스가 있는 영역인 성운을 생성하는 것이다. 하지만 이런 초신성 폭발이 일어나기까지의 시간은 아직 10만 년 이상 남아있다고 연구진은 결론지었다.
▲ 15년간 베텔게우스의 밝기 변화를 나타낸 그래프. 데이터의 공백 부분은 밤하늘에서 베텔게우스를 관측할 수 없는 기간. 이 밝기 변화를 보여주는 데이터는 미국변광성관측자협회(AAVSO)의 관측자와 우주공간에서 관측하고 있는 태양질량방출이미저(SMEI) 프로젝트에 의해 수집된 것. 후반 데이터는 헝가리 부다페스트 콘콜리천문대의 라슬로 몰나르(이번 연구논문 공동저자)에 의해 해석처리가 이뤄졌다.(사진=L . Molnár , AAVSO , UCSD / SMEI , NASA / STEREO / HI)
138억년에 걸친 우주의 시간 규모로 따지면 10만 년 뒤는 내일 같은 것이지만, 안타깝게도 지금 사람들은 목격할 수 없다. 또 베텔게우스의 맥동 구조는 ‘카파 메커니즘’(kappa-mechanism)이라는 현상에 의해 작동해 185(±13.5)일과 400여일이라는 2가지 주기로 밝게 빛나거나 어두워지는 것으로 확인됐다. 게다가 지난해 초 대폭적인 밝기 감소는 별이 맥동하는 움직임과 함께 별에서 방출된 대량의 먼지구름이 관계하고 있는 것도 시사됐다.
베텔게우스의 크기는 지금까지 태양계에 둘 경우 목성 궤도까지의 거리보다 더 큰 반지름으로 여겨졌다. 태양과 목성까지의 평균 거리는 약 7억8000만㎞다. 하지만 이번 연구에서는 베텔게우스의 반지름이 태양 반지름(약 69만㎞)의 약 750배(약 5억2000만㎞)로 기존 연구에서 추정되던 반지름의 3분의 2 정도 크기인 것으로 나타났다.
이처럼 별의 물리적 크기를 알면 지구로부터의 거리도 정할 수 있다. 지금까지는 약 640~700광년으로 추정해왔지만 태양 반지름의 약 750배임을 고려하면 530광년으로 이는 기존에 알려진 것보다 100광년 이상(약 20~25%) 가까운 것이다.
이에 따라 100광년이나 가까운 경우라면 10만년 뒤라고 해도 실제로 베텔게우스가 초신성 폭발을 일으켰을 때 지구가 위험에 노출될 확률이 높아진다는 우려가 나오지만, 먼 미래 폭발한다고 해도 지구에는 큰 영향이 없다고 연구진은 말했다.
베텔게우스는 초신성 폭발을 일으킬 것으로 여겨지는 후보들 가운데 지구와 가장 가까운 거리에 있어 앞으로도 얼마 동안은 매우 중요한 연구 대상이 될 것이다. 폭발 전 어떤 일이 일어나는지 연구할 중요한 기회를 줄 것이라고 연구진은 덧붙였다.
자세한 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘천체물리학저널’(ApJ·Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다.
