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[IT뉴스]100배 밝은 초신성이 깜빡이는 이유…일반 상대성 이론으로 밝혔다

온카뱅크관리자

2026-03-13 08:47:32

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 초광도 초신성 중심에서 빠르게 회전하는 강한 자석별(마그네타) 주위로 물질이 원반을 이루며 기울어진 채 흔들리는 모습을 그린 상상도. Joseph Farah·Curtis McCully 제공
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 초신성은 별이 죽음을 맞이하는 순간 일으키는 큰 폭발이다. 일반 초신성보다 10~100배 밝은 '초광도 초신성'은 밝기가 주기적으로 요동친다. 과학자들이 초광도 초신성의 밝기가 요동치는 원인을 설명하는 관측 연구를 제시했다. 
 조지프 파라 라스컴브레스천문대·산타바바라 캘리포니아대 연구팀은 국제 공동연구로 지구에서 약 10억 광년 떨어진 초광도 초신성 'SN 2024afav'를 장기간 관측해 밝기가 주기적으로 오르내리면서 밝기가 달라지는 간격이 점점 짧아지는 신호를 처음 포착했다. 일반 상대성 이론으로 이 요동의 원인을 규명한 연구 결과는 국제학술지 '네이처'에 11일(현지시간) 발표됐다.
 일반 초신성도 우주에서 가장 밝은 천체 현상 중 하나지만 최근 몇 년간 일반 초신성보다 10~100배 밝은 희귀한 유형인 초광도 초신성이 발견됐다. 초광도 초신성의 에너지원은 오랫동안 수수께끼였다.
 대부분의 초신성은 밝아졌다가 부드러운 곡선을 그리며 어두워지는 예측 가능한 진화 과정을 따른다. 반면 초광도 초신성은 일시적으로 급증해 신비로운 밝기 요동을 동반하는 경우가 많다. 원인은 활발히 논쟁 중이다.
 유력한 가설 중 하나는 초광도 초신성이 내부에서 에너지를 공급받는다는 설명이다. 격렬한 핵 붕괴 과정에서 강력한 자기장을 가진 빠르게 회전하는 중성자별 '마그네타'가 만들어질 수 있다는 이론이다.
 중성자별은 태양보다 질량이 크지만 지름은 약 16킬로미터에 불과하다. 마그네타가 회전하면서 팽창하는 초신성에 에너지를 공급해 밝기를 높인다는 설명이다. 
 또 다른 가설은 초신성 충격파가 별 주변에 뭉쳐 있는 가스층과 충돌한다는 것이다. 충격파가 주변 물질과 부딪히면서 초신성이 일시적으로 다시 밝아질 수 있다.
 연구팀은 약 10억 광년 떨어진 SN 2024afav에서 밝기 요동을 관측했다. 기존 마그네타 이론은 배터리처럼 내부에서 에너지를 공급해 매끄러운 광도 곡선을 만들어 낼 수 있지만 이 밝기 요동은 설명하지 못했다.
 연구팀은 컴퓨터 모델 분석을 통해 새로운 메커니즘을 제시했다. 폭발 시 일부 물질이 마그네타를 둘러싸는 물질 원반을 형성한다. 빠르게 회전하는 마그네타는 주변 시공간을 끌어당기듯 뒤틀린다. 이같은 일반 상대성 이론의 효과를 '렌세-티링 세차 운동'이라 한다. 
 팽이가 기울어진 채 돌 때 회전축 자체가 원을 그리며 흔들리는 것처럼 강착 원반도 마그네타 주위를 돌면서 기울어진 채 천천히 흔들린다. 원반이 흔들릴 때마다 마그네타의 빛을 주기적으로 가리거나 반사해 전체 시스템이 깜빡이는 등대처럼 작동한다. 원반이 마그네타 쪽으로 점점 가까워질수록 흔들리는 속도가 빨라지고 지구의 망원경에서는 밝기 요동 주기가 점점 짧아지는 '처프' 신호가 관측된다.
 원반을 흔드는 효과가 렌세-티링 세차 운동뿐인 것은 아니다. 조지프 파라 연구원은 "뉴턴 역학과 마그네타 자기장에 의한 세차 운동 등 여러 가능성을 검토했지만 관측 시점과 정확히 맞아떨어진 것은 렌세-티링 세차 운동뿐이었다"며 "초신성의 역학을 설명하는 데 일반 상대성 이론이 동원된 것은 이번이 처음"이라고 밝혔다.
 연구팀은 올해 본격 탐사를 시작하는 베라 루빈 천문대의 관측 데이터가 쌓이면 처프 신호를 보이는 초신성을 수십 개 더 발견할 수 있을 것으로 기대한다.
 &lt;참고자료&gt; doi.org/10.1038/s41586-026-10151-0
 [조가현 기자 gahyun@donga.com]
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