밥티스티나 소행성군과 킬로노바

밥티스티나 소행성군

1번 소행성은 소행성대 안쪽 가장자리에 있는 커다란 천체로 태양으로부터 2 AU가 조금 넘는 거리 즉 3억 km 이상 떨어져 있다고 한다.

지름이 170 km인 이 천체는 목성의 섭동으로 성장이 제한되는 종족으로서는 상당히 큰 소행성이다. 세레스(Cares)처럼 훨씬 큰 몇 소행성들 은 질량과 부피로 볼 때 왜소 행성 지위가 합당한데 이것들을 제외하 면 주소행성대의 소행성 대부분은 1번 소행성보다 크기가 훨씬 작다고 한다.

 

2번 소행성은 상당히 큰(지름이 약 60 km) 또 다른 소행성으로 1번의 궤도와 아주 비슷한 궤도를 가진다. 마침내 어느 날 두 소행성은 서로 충돌한다. 초속 3 km의 상대속도로 격렬한 정면충돌이 일어나자 두 소 행성은 질량이 꽤 무거운 파편들 여러 개로 분해되었다가 다시 모여 유사한 궤도 특성을 가진 새로운 천체군을 형성한다고 한다. 니스(ice) 천문대 (현재 코트 다쥐르 천문대의 부속 천문대)에서 100여 개의 소행성을 발견한 것으로 유명한 프랑스의 천문학자 오귀스트 샤를루아(Auguste Charlois)는 1890년 이 천체군 중 가장 큰 것 즉 지름이 40 km 정도인 천체를 발견했다. 그는 이 천체에 '밥티스티나(Bapisima)라는 이름을 붙이는데 당시 천문학자들은 자신이 발견한 소행성에 주로 여성형 이름을 붙이는 경 향이 있었다고 한다. 오늘날 이 밥티스티나 소행성군에는 크기가 10 km 이상 인 천체들이 수백 개 모여 있다고 한다.

 

2007년 미국의 행성학자 윌리엄 보트키(willam Boike), 데이비드 네스보니(David Nevorny)와 체코의 데이비드 보크룰리키(David Vokcouhlidkny)는 디지털 시뮬레이션을 이용해 밥티스티나에 속한 소행성들의 경로를 재구성하는 데 성공했다. 그들은 이 소행성들의 출발점이 같았음을 보여주고 행성들의 섭동 효과로 인해 2개의 소행성이 하나는 달과 충돌해 가장 유명한 충돌구 중 하나인 티코(Tycho, 덴마크 천문학자 티코 브라헤 (Tycho Brahe)의 이름을 따서 명명됨)를 만들고 하나는 지구와 충돌해 6천 5백 만 년 전 공룡의 멸종을 초래했다고 말한다.

 

킬로노바의 비밀

1억 3천만 년 전 쌍성계를 이루는 2개의 중성자별이 합병할 때 결정적인 중력파 폭발이 일어나는데 이때 이 별들의 물질 일부가 방출되었다.

NGC 4993은 1억 3천만 광년 떨어져 있어 꽤 가까운 렌즈형 은하로 독일 태생의 영국 천문학자 윌리엄 허셜(William Herschel)이 1789년 발견했다. 이 은하의 중성자별 쌍성은 알베르트 아인슈타인 (Alber Einstein)의 일반 상대성이론을 준수하며 나선 궤도를 따라가다 서 로 접근하여 마침내 합병했다. 이 사건으로 강력한 중력파가 발생해 2017년 8월 17일 지구에 도달했다. 이 사건의 증거가 된 GW170817 신호는 3개의 중력파 탐지 전용 망원경을 통해 관측되었다. 3개의 기 구 중 2개는 미국의 레이저 간섭계 라이고(GO)이며 하나는 프랑스와 이탈리아가 합작한 비르고(Vigo)이라고 한다.

 

라이고와 비르고가 GW170817을 탐지한 후 2초도 안 되어 미국의 페르미(om) 우주망원경과 유럽의 인테그랄 (micega) 우주망원경은 쩗은 감마선 폭발인 GRB1708 17A를 포착했다. 그 후 11시간이 채 못 되어 칠레 라스 캄파나스 친문대의 스위프(Swope) 우주망원경은 일시적 천문학 사건인 AT2017gfo를 발견한다. 다른 여러 또한 망원경에서도 이것이 관측되는데 그중에서도 허블 우주망원경은 AT2017gfo가 ngc4993의 원반에 있고 그 빛이 2017년 8월 22일에서 28일까지 6일에 걸쳐 약해짐을 보여주었다.

 

미국에 설치된 라이고와 동시에 멀리 이탈리아에 있는 비르고 관측소에서도 GW170817가 탐지되는데 전문가들은 이 사건의 광원이 위치해야 할 불확실성의 영역을 축소하는 데 성공했다. NGC 4993은 천구의 약 30제곱각을 차지하는 오차 상자(error box)안에 있다는 점에 주목해야 한다고 한다. NGC 4993은 GRB170817A의 고유 오차 상자 안에도 위치한다. 요컨대 GW170817, GRB170817A, AT2017gfo이 서로 무관 할 확률은 10억 분의 1보다 적다고 한다.

 

이러한 일련의 관측 결과는 멀티 메신저 천문학을 탄생시켰다. 이렇게 다양한 메신저들로 관측한 데이터를 이용하여 이야기를 재구성할 수 있었다. 우선 쌍성계를 이루는 두 증 성자별이 마침내 합병했다. 그리고 이 별을 구성하는 물질 일부가 누에고치 형태처럼 점점 커지며 광속에 가까운 속도로 방출된다고 한다.  관측된 모든 복사는 이 폭발 사건으로 발생했으며 이 빛은 약한 광도의 초신성과 유사하므로 ‘킬로노바’라 명명되었다. 중성자가 풍부한 매질인 킬로노바는 우주에서 가장 무거운 원소인 금과 백금 같은 원소들이 합성되는 곳이라고 한다.