초신성 폭발 1시간 만에 포착

천문연 외계행성탐색시스템(KMTNet) 활용...초신성 폭발 과정 규명 기여

한국천문연구원(원장 박영득) 외계행성탐색시스템(KMTNet)이 초신성 폭발 후 1시간 내 빛을 포착, Ia형 초신성이 어떻게 폭발하는지 설명하는 관측적 증거를 제시했다고 21일 밝혔다.

Ia형 초신성은 폭발할 때 최대 밝기가 일정해 우주의 거리를 재는 표준광원으로 쓰인다. 철과 같은 무거운 원소의 기원과 별의 죽음 연구에도 필수적인 천체이다. 그러나 Ia형 초신성이 어떠한 과정을 통해 폭발하는지는 이제껏 밝혀지지 않았다.

KMTNet 망원경을 통해 Ia형 초신성을 포착한 장면을 형상화한 이미지 (자료=천문연)

천문연이 캐나다 토론토대학과 공동으로 참여 중인 KMTNet 초신성 탐사 관측 연구진은 KMTNet을 이용해 폭발 후 1시간밖에 되지 않은 초신성 'SN 2018aoz' 관측에 성공했다. Ia형 초신성 관측 역사상 가장 어린 시기의 빛을 포착한 것이다.

이번 관측을 통해 연구진은 폭발 후 1∼12시간 사이 초신성의 색이 붉어진다는 사실을 확인했다. 이러한 색 변화는 철 성분이 초신성 가장자리에 더 많이 분포하기 때문이라는 점도 밝혀냈다. 이는 Ia형 초신성의 폭발이 백색왜성의 바깥에 있는 헬륨 폭발로 시작하거나 또는 폭발 물질들이 아주 급격한 혼합 과정을 거침을 말해 준다.

천문학계에서는 초신성 폭발 직후의 빛을 더 빨리 포착하려는 경쟁이 치열하다. 폭발 직후의 빛을 더 빨리 관측할수록 별의 크기와 별 내부의 원소 측정이 더 쉽기 때문이다. 2011년 SN 2011fe 초신성은 폭발 뒤 11시간 후 관측이 진행됐으며, 2017년 SN 2017cbv는 7시간, 2019년 SN 2018oh는 3시간 반 만에 관측이 이루어졌다. 

KMTNet 망원경으로 찍은 초신성 관측 영상. (a) 이미지의 십자선 중심이 초신성이 발견된 위치를 가리킨다. (b)는 초신성 SN 2018aoz가 처음 발견되었을 때의 모습 (c)는 초신성이 가장 밝아졌을 때의 모습. (자료=천문연)

이번에 폭발 1시간 내 초신성 빛을 빠르게 포착한 원동력은 24시간 관측이 가능한 KMTNet 망원경이다. 연구진은 남반구에 위치한 3기의 망원경을 이용해 초기 초신성 발견에 최적화된 관측 프로그램을 운영하고 있다. 김상철 광학천문본부장은 "이번 연구는 Ia형 초신성에서 어떻게 폭발이 일어나는지를 구체적으로 밝혀낸 첫 연구"라고 말했다. 

연구진은 후속으로 더 이른 시기의 초신성 관측과 다른 종류의 폭발을 일으키는 특이 초신성에 대한 연구도 시작할 예정이다.

이번 연구에는 캐나다 토론토대학, 미국 카네기연구소, 캘리포니아공과대학, 아리조나 대학, 캘리포니아주립대, 라스 쿰브레스 천문대, 미 항공우주국(NASA) 등이 참여했다. 이 관측에 대한 논문은 학술지 '네이처 아스트로노미(Nature Astronomy)'에 실렸다.