우주 최고의 떡밥 중 하나 베텔게우스의 초신성 폭발, 견해에 따라서는 100년안에 터질것(이미 500년전에 폭발)이라는 설부터 몇 만년내에는 폭발을 일으킬 것으로 생각되고 있습니다.
베텔게우스는 오리온자리의 알파별(대표항성)으로 그 크기나 밝기는 우리의 상상을 초월하는 별이지요.
2020년 밝기가 변하면서 초신성 폭발의 기미가 있는 것이 아닌가하는 논란이 일기도 하였지요.
이 베텔게우스가 폭발하면 어떻게 될까요?
이번 post에서는 베텔게우스 및 폭발에 대한 이야기를 해봅니다.
베텔게우스
1. 적색초거성 베텔게우스
베텔게우스(Betelgeuse) 혹은 베텔기우스(일본식 용어의 흔적)는 오리온자리의 알파성(별자리 제일 밝은 항성)으로서 지구에서 약 640광년 떨어진 적색 초거성입니다.
실제로 오리온자리에서 가장 밝은 별은 리겔인데 이는 베텔게우스가 변광성(빛의 밝기가 변하는)이고 때때로 리겔보다 밝아질 때가 있어서입니다.
평균 실시등급은 0.42인데 변광성의 이름답게 최저 실시등급은 0.2, 최고는 1.2까지 밝아집니다. 지구에서는 어둡게 보일때에는 11번째, 밝을 때는 7번째로 밝은 별이지요.
적경 05h 55m 10.3053s, 적위 +07° 24′ 25.426″ 에 위치하고 있으며, 지구에서 643(±146)광년 (197파섹) 떨어져 있습니다. 2008년 VLA 전파망원경을 옽해 측정한 연주시차에 따르면 대략 643광년으로 추정되나 오차가 146광년정도로 매우 큽니다. 497~789광년 범위 안에 있을 확률이 68%로 예측되고 있지요.
이렇게 오차가 큰 이유는 베텔게우스가 너무나 밝은 별이기 때문입니다. 연주시차 값을 얻을 때 이 별이 변광성이라는 것이 방해가 되는 것이지요.
2019년 관측에서는 약 548(+90~-49)광년으로 추정된다는 논문이 나오기도 했습니다.
그 크기는 태양 반경의 675배~1183배이며 질량은 태양의 10~20배입니다. 표면온도 3390K에 730만년의 나이로 매우 젊은 별이지요.
베텔게우스라는 이름은 아랍어로 "알자우자의 손"을 뜻하는 단어에서 유래하였고, 아랍 천문서를 라틴어로 번역하는 과정에서 첫 글자만 바뀌어 베텔게우스라는 이름이 붙었다고 합니다.
이 베텔게우스는 인류가 태양외에 처음으로 지름을 측정하는데 성공한 항성이기도 합니다. 반지름이 대략 3.6AU(지구~태양거리)이며 태양보다 764배 더 크지요.
베텔게우스를 현재 우리 태양에 가져다 놓으면 그 크기가 화성을 지나 목성의 궤도에 이를 정도로 거대합니다. 최근 2023년 6월 관측으로는 764배~1021배로 추정되고 있지요. 이 별의 모양은 완벽한 구보다는 불규칙형에 가까운데요, 워낙 별이 커서 별의 중심에서의 핵융합의 폭발력이 별의 표면까지 가는데 꽤 오래걸리기 때문이라고 합니다.
이 항성의 특징중 하나는 그 크기가 매우 다양하다는 사실인데요, 이유는 밀도가 너무 낮아 보통 항성보다 주연감광 효과가 큰데다가 밖으로 내보낸 가스가 주변을 감싸고 있어 측정마다 조금씩 다르기 때문입니다.
또 팽창과 수축을 반복하는 것도 이유 중 하나이지요. 그러나 크기가 매우 크고 거리도 640광년으로 그리 멀지 않아서 태양을 제외한 항성들 중 둥근 형체가 실별되는 몇 안되는 별입니다. 허블망원경, VLT등으로 태양처럼 흑점이 관찰되기도 한다고 합니다.
2020년 연구에서는 원래 쌍성계였으나 베텔게우스가 커지면서 쌍성을 잡아먹었다는 것이 밝혀지기도 했습니다.
이 베텔게우스는 천문학에서는 상당히 중요한 자료를 제공해준 고마운 별인데요, 현재 인류가 알고 있는 적색거성과 적색초거성에 대한 지식은 대부분 이 베텔게우스를 분석, 관찰해서 얻었기 때문입니다.
2. 초신성 폭발의 기운?
전통적으로 베텔게우스는 어두울때는 하늘에서 11번째로 밝고, 밝을 때는 7번째로 밝은 별이었습니다. 한때 8번째였다가 2019년 11월 갑자기 어두워지기 시작합니다.
2020년 상반기에는 밝기 순위 21번째까지 하락하게되는데요, 변광성이기 때문에 어두워지는 때가 있지만 이해 관측에서는 너무나도 어두워져 학계 일부에서는 초신성 폭발이 가까워진것이 아닌가 하는 말까지 나왔습니다.
2020년 2월 중반에 역대 최저로 어두운 밝기를 유지하더니 2월 22일을 기점으로 조금씩 밝기가 회복되기 시작됩니다. 이와 더불어 자세히 관찰한 결과 초신성 폭발의 조짐이 거의 보이지 않았다고 합니다. 6월경에는 정상 수준의 밝기까지 돌아오게 되며 일종의 헤프닝으로 기록되게 됩니다.
당시의 연구결과에서는 표면의 거대한 흑점때문이라는 연구결과나 별 자체 내부의 이유로 어두워졌다는 연구결과도 있었으나 관측시점에서 베텔게우스 앞을 지나가고 있던 거대한 먼지 구름에 의해 가려져 어두워졌다는 주장이 유력했지요. 추가적인 연구를 통해서 밝기가 줄어든 것은 자체적으로 내뿜고 있는 가스 구름 때문인 것으로 밝혀졌습니다.
2021년 6월 17일 유럽남방천문대(ESO)의 발표에 따르면 베텔게우스의 밝기는 베텔게우스에서 나오는 가스구름으로 인해 줄어든 것으로 보였다고 합니다. 각종 무거운 원소들로 이루어진 가스가 나오면 베텔게우스의 온도가 낮아지게 되고 이 가스들이 응고되어 구름을 형성하기 때문인 것으로 분석하고 있습니다.
따라서 일상적인 변광현상과 크게 다르지 않은 현상으로 수명이 다해 어두워진 것은 아니었던 것이지요.
2023년 4월 초에는 반대로 평소보다 밝기가 140%이상 매우 높아졌고, 4월말 160%에 이르는 현상이 나타납니다. 맥동 변광성이기 때문임은 이미 알고 있지요. 이해를 기점으로 초신성 폭발이 얼마 남지 않았다는 논문이 나오기 시작합니다.
3. 폭발한다면?
현재 학계에서는 베텔게우스의 초신성 폭발(Supernova)에 대해서는 당연하고 그 시기에 대한 여러 주장들만 있을 뿐입니다.
적색초거성으로 질량이 점점 줄어들고 있고 불안정해져 대략 몇 십만년~몇 백만년 내에는 폭발이 당연할 것으로 생각됩니다. 하지만 보유하고 있는 질량 및 핵융합 후의 상실되는 양을 정확히 알 수 없어 폭발 시기가 연구마다 다르지요. 643광년 떨어져 있으므로 이미 폭발했지만 아직 그 빛이 우리에게 오지 않은 것일 수도 있구요.
2020년 가스 구름으로 인한 밝기 줄어듬 사태 이후의 2021년 연구에서는 남은 수명이 10만년 이상 남았다는 연구(호주국립대 메리디스 조이스 박사팀), 2023년에는 최소 10년, 최대 100년 내로 폭발을 일으킬 가능성이 있다는 연구도 나왔지요.
이 연구에서는 베텔게우스의 내부구조 모델에 따른 변광패턴과 실제 변광 패턴을 비교했더니, 각 모델 중 내부에서 탄소 핵융합으로 인해 탄소가 거의 고갈된 모델이 관찰된 광도 변화를 가장 잘 설명하는 것으로 확인 되었다고 합니다(수소->헬륨->탄소->산소->철이 핵융합 순서). 산소가 소모되고 핵이 철로 채워지는 순간 폭발이 일어나게 됩니다.
이 연구가 맞다면 베텔게우스는 이미 폭발했거나 몇 년안에 폭발할 수 있다는 것이지요. 철 핵이 생성되어야 항성이 폭발하지만, 항성의 핵융합은 다음단계(산소->철....)로 갈수록 급격히 빨라집니다. 마지막 핵융합 규소 핵융합은 겨우 몇일만에 끝나게 됩니다.
그럼 폭발하면 어떻게 되는건가?하면 다음과 같습니다.
만약 베텔게우스가 폭발하고 그 빛이 우리에게 닿았다면, 우리가 지금까지 봤던 우주쇼중에 개기일식을 능가하는 우주쇼를 보게 될 겁니다.
낮에도 볼 수 있고 밤하늘에서는 보름달보다 100배나 밝은 거대한 빛을 볼 수 있고, 최대 3개월에 걸쳐 밤낮으로 볼 수 있습니다.
폭발후에는 지름 20km정도의 중성자별이 남아 향후 수천년동안 치명적인 감마선을 방출하게 됩니다. 그러나 자전축이 지구를 향하고 있지 않아 지구는 크게 영향이 없습니다. 그냥 밤하늘에 쇼만 볼 수 있는 것이지요.
폭발시의 실제 밝기를 시뮬레이션 한 동영상 공유해봅니다. 정말 아름다울 것 같네요.
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