'허블, 살아있네!'…짝별 없는 백색왜성 질량 첫 직접 측정

15광년 밖 LAWD 37 질량 퍼즐 조각 채워 넣어

허블 우주망원경이 태양과 같은 별이 연료를 모두 소진하고 핵만 남은 백색왜성의 질량을 처음으로 직접 측정해내는 성과를 냈다.

미국 항공우주국(NASA)에 따르면 샌타크루즈 캘리포니아대학의 천문학자 피터 맥길 박사가 이끄는 연구팀은 허블 망원경을 이용해 백색왜성 LAWD 37의 질량을 측정한 결과를 영국 '왕립 천문학회 월보'(MNRAS)에 발표했다.

LAWD 37은 지구에서 약 15광년 떨어진 파리자리에 있는 백색왜성으로 비교적 가까이 있어 집중적인 관측이 이뤄지면서 별빛 스펙트럼 분석 등 다양한 자료가 축적돼 있다.

하지만 질량이 얼마나 되는지는 측정할 수가 없어 채워지지 않는 퍼즐 조각이 돼왔다.

백색왜성의 질량은 대개 쌍성계에서 짝별과의 궤도를 관측해 산출해 왔는데 짝별이 아예 없거나 짝별의 궤도가 수백, 수천년에 달할 때는 측정할 방법이 없었다.

LAWD 37도 짝별이 없어 질량을 구할 수 없는 사례였는데, 맥길 박사팀이 시선방향으로 오는 광원별의 별빛이 천체의 중력장을 거치며 미세하게 굴절돼 실제 위치와는 다른 곳에 상이 맺히는 미시중력렌즈 효과를 이용해 처음으로 질량을 산출했다.

연료를 모두 소진한 지 10억년이 넘은 LAWD 37의 질량은 태양의 약 56%로 측정돼 이론적 예측과도 부합하는 것으로 나타났다.

미시중력렌즈 효과를 이용한 백색왜성 질량 산출은 엄밀히 따지면 이번 연구에 공동 저자로 참여한 우주망원경과학연구소(STScI)의 카일라시 사후 박사가 지난 2017년에 '스타인 2051 B'를 대상으로 처음 사용했다.

하지만 이 백색왜성은 쌍성계 항성이라 단독 백색왜성의 질량을 측정하는 새로운 기준을 제공해주는 것은 LAWD 37이라고 연구팀은 밝혔다.

이번 성과는 우리 은하 내 20억개 가까운 별의 위치를 정확히 측정한 유럽우주국(ESA) 가이아 위성의 도움이 크게 작용했다.

가이아 관측 자료를 이용해 LAWD 37이 앞을 지나갈 광원별의 위치를 미리 알 수 있었으며, 이를 토대로 허블 우주망원경으로 광원별의 별빛이 LAWD 37을 거치며 굴절되는 것을 여러 해에 걸쳐 측정할 수 있었다고 한다.

하지만 광원별의 별빛이 너무 희미해 400배나 더 밝은 백색왜성 이미지에서 이를 분리해내는 것이 최대 과제였으며, 허블 망원경이라 이를 해낼 수 있었다고 연구팀은 밝혔다.

맥길 박사는 "(미시중력렌즈 효과가 나타나는) 사례가 드물고 약해 지구에서 달에 있는 차량의 길이를 재는 것과 같았다"고 설명했다.

적외선 영역에서 우주를 들여다보는 제임스 웹 우주망원경(JWST)은 백색왜성의 푸른 빛은 희미하게 하고 광원별의 빛은 더 밝게 할 수 있어 허블망원경과 같은 성과를 낼 수 있을 것으로 기대된다.

사후 박사는 이미 가이아 자료를 토대로 지난해에 웹 망원경으로 또다른 백색왜성 LAWD 66을 관측했으며 2024년에 광원별의 빛 굴절률이 최대에 이를 때 추가관측을 진행할 계획이다.

맥길 박사는 아인슈타인의 일반상대성 이론이 1919년 5월 19일 개기일식 때 중력으로 별빛이 굴절되는 중력렌즈 현상이 처음 포착돼 입증됐지만 아인슈타인 자신은 정확도 문제로 태양계 밖 별에서 포착될 수 있을지에 대해서는 회의적이었다고 전하면서 "이번 관측은 당시 개기일식 때 측정된 것의 625분의 1밖에 안 되는 것"이라고 했다.

/연합뉴스