별 속에 별이 존재하는 ‘희귀 천체’ 닮은 별 발견

외형은 적색 초거성이지만, 그 중심에는 삼켜진 중성자별이 존재하는 ‘손-지트코프 천체’(Thorne-Zytkow object, TZO). 이 이상한 별은 40년 전쯤 나온 이론상의 존재였지만, 그에 해당하는 후보가 처음으로 발견돼 학계가 주목하고 있다.

TZO는 1975년에 물리학자 킵 쏜과 천문학자 안나 지트코프가 발표한 적색 초거성과 중성자별이 합쳐진 일종의 하이브리드 별이다.

겉으로는 오리온자리의 베텔게우스와 같은 적색 초거성과 비슷하지만 이 천체 내부에서 일어나고 있는 독특한 활동을 짐작하게 하는 스펙트럼은 일반적인 적색 초거성과는 확실히 다르다.


TZO의 생성 메커니즘은 명확하게 밝혀지지 않지만, 일반적으로 받아들여지고 있는 이론은 발달 단계에서 2종의 천체가 서로 영향을 주고 훨씬 더 큰 적색 초거성이 중성자별을 삼켰다는 것이다. 즉 중성자별이 적색 초거성의 중심으로 나선형을 그리며 떨어졌다는 것.

보통 적색 초거성이 핵융합 반응으로 에너지를 생산하지만, TZO는 삼켜진 중성자별의 특이한 활동을 에너지원으로 삼고 있다. 따라서 이 TZO의 발견은 이전까지는 천문학자들에게 발견되지 않았던 항성 내부 모형의 증거를 제공한다.

미국 콜로라도대학 볼더캠퍼스의 에밀리 레베스크 박사가 이끈 연구팀은 칠레 라스 칸파나스 천문대에 설치된 구경 6.5m 마젤란 클레이 망원경을 사용해 TZO 후보를 발견했다.



여러 적색 초거성의 스펙트럼을 관측해 어떤 원소가 존재하는가를 조사한 결과, 소 마젤란구름에 존재하는 ‘HV 2112’의 스펙트럼 특성이 매우 특이한 것으로 밝혀졌다. 희미한 스펙트럼 선상에 루비듐과 리튬, 몰리브데넘이 과도하게 포함돼 있었다.

보통 항성에서도 이들 원소는 생성되지만, 일반적인 적색 초거성의 온도에서 이들 원소가 많다는 것은 모두 TZO의 증거가 된다.

하지만 HV 2112 스펙트럼의 특징은 이론 모델과 완전히 일치하지 않는다.

연구에 참여한 로웰 천문대의 필립 매시 박사는 “당연히 이번 관측이 오류일 수도 있다. 이번 데이터와 이론에서의 예측 사이에는 작은 차이가 있지만, 이론은 꽤 오래됐고 많은 개선이 필요했으므로 이번 발견이 이론적 연구를 더욱 진전시킬 수도 있다”고 말했다.

한편 이번 관측 결과는 국제 학술지인 ‘영국 왕립천문학회 월간보고’(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) 최신호에 게재됐다.

사진=손-지트코프 천체 상상도(NASA)

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr