지구에서 약 7천800광년 떨어진 곳에서 생을 마감한 이중성계의 백색왜성들이 토성의 지름밖에 안 되는 거리를 두고 서로 빠르게 돌고 있는 것이 관측됐다.

공전 주기는 6.91분으로 지금까지 관측된 이중성계 중 가장 짧으며, 미래의 중력파 우주탐사선이 들여다보게 될 몇 안 되는 중력파 발원지로 기대를 모으고 있다.

미국 국립 광학천문대(NOAO)에 따르면 캘리포니아공대(Caltech) 대학원생 케빈 버지가 이끄는 연구팀은 백색왜성 이중성계 'ZTF J1539+5027' 관측 결과를 과학 저널 '네이처(Nature)' 최신호에 발표했다.

▲ 백색왜성 이중성계 'ZTF J1539+5027' 상상도. 안쪽의 작고 밝은 별이 고밀도의 주별이며, 바깥쪽이 짝별이다.

백색왜성은 태양 질량의 10배를 넘지 않는 별이 수소는 물론 헬륨까지 모두 태우며 적색거성이 됐다가 더는 태울 연료가 없게 되면서 외곽층이 날아가고 고밀도의 핵만 남아 점차 식어가는 단계로, 항성 진화 마지막에 있는 죽은 별이라고 할 수 있다.

별의 질량이 태양의 10배를 넘어서면 백색왜성 대신 중성자별이 되고, 이보다 훨씬 더 크면 블랙홀이 된다.
J1539 쌍성 중 주별은 지구 크기의 핵에 태양 질량의 60%가 응축돼 밀도가 매우 높은 반면 짝별은 주별보다 덩치는 크지만, 질량은 태양의 20%에 그쳐 밀도가 상대적으로 낮다. 별의 밀도와 질량이 낮다는 것은 그만큼 밝지 않다는 것을 의미한다.

연구팀은 샌디에이고 팔로마 천문대의 '츠비키 순간포착 시설(ZTF)'을 이용해 흐릿한 짝별이 약 7분 주기로 상대적으로 밝은 주별 앞을 지날 때 별빛을 가리는 것을 잡아내 J1539의 존재를 확인했다.'

연구팀은 특히 J1539 주별과 짝별이 근접해 있어 중력파의 발원지로 주시하고 있다.

중력파는 물에 돌을 던지면 물결이 동심원을 그리며 퍼져나가듯 우주 공간에서 큰 질량을 가진 물체가 움직일 때 이를 중심으로 시공간이 움직이며 파동이 생기는 것으로, 지금까지는 중성자별이나 블랙홀 등 거대 천체의 충돌 때 극히 일부만 관측됐다.

알베르트 아인슈타인이 일반 상대성 이론에서 예측한 뒤 100년만인 지난 2015년 9월에야 처음 관측됐다.
백색왜성은 질량이 중성자별이나 블랙홀에는 미치지 못하지만 가까운 거리에서 서로를 돌 때 회전 거리가 좁혀지고 속도도 빨라지면서 중력파를 발산할 것으로 예측돼왔다.

J1539도 주별과 짝별이 서로 가까이 있어 몇 년 안에 회전주기가 측정 가능할 정도로 더 짧아질 것으로 예상되고 있다.

연구팀은 이를 토대로 J1539이 2034년에 발사될 유럽우주국(ESA)의 중력파 탐사선 '레이저 우주 간섭계 안테나(LISA)'가 주시할 몇 안 되는 중력파 발원지로 귀중한 보석이 될 것이라고 전망했다.

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