아펩(Apep): 웹(Webb)의 특이한 먼지 껍질

우리 모두에게는 빅뱅과 별과 물질의 순환을 통해 이루어진 전 우주의 장엄한 역사가 새겨져 있다.

그러나 만약 하늘의 별에 관해 알기 원한다면

저 하늘을 보기 전에 먼저 거울 앞에 선

우리 자신을 바라보는 시간을 갖는 것도 나쁘지 않을 것이다.

< 윤성철의 '우리는 모두 별에서 왔다'에서>

 

웹(Webb) 중적외선 이미지는 아펩(Apep)으로 알려진 볼프-레이에 별 한 쌍을 둘러싼 네 개의 나선형 먼지 껍질을 처음으로 보여준다. 다른 망원경의 이전 관측에서는 단 하나만 나타났다. 웹의 데이터는 또한 세 개의 별이 중력적으로 서로 묶여 있음을 확인했다. 이미지: NASA, ESA, CSA, STScI; 과학: Yinuo Han(Caltech), Ryan White(Macquarie University); 이미지 처리: Alyssa Pagan(STScI)

 

오늘의 천문 사진

(2025. 11.24)

Apep: Webb의 특이한 먼지 껍질(Apep: Unusual Dust Shells from Webb)
이미지 출처: NASA , ESA , CSA , STScI , JWST ; 과학: Y. Han ( Caltech ), R. White ( Macquarie U. ); 이미지 처리: A. Pagan ( STScI )

설명: 이 특이한 우주 조각품은 무엇 때문에 만들어졌을까요? 바로 별입니다. 아펩(Apep)으로 알려진 이 특이한 소용돌이와 껍질 구조는 2024년 NASA의 제임스 웹 우주 망원경이 적외선을 통해 전례 없는 수준으로 자세히 관측했습니다. 관측 결과, 이 특이한 모양은 190년마다 서로를 공전하는 두 개의 거대한 볼프-레이에 별(Wolf-Rayet star)에서 비롯된 것으로 보입니다. 두 별이 서로 가까이 지나갈 때마다 먼지와 가스로 이루어진 새로운 껍질이 방출됩니다. 이 껍질에 생긴 구멍은 세 번째 별이 공전하면서 생긴 것으로 추정됩니다. 이 별의 먼지 춤은 수십만 년 동안 계속될 것으로 예상되며, 거대한 별 중 하나가 내부 핵연료를 고갈시켜 감마선 폭발이 동반된 초신성 폭발을 일으킬 때까지 지속될 가능성이 있습니다.

 

 

□ 볼프-레이에 별(Wolf-Rayet Star / WR)
볼프-레이에 별은 아주 무거운 질량을 가진 항성의 최종 진화 단계로, 어마어마하게 불어난 외피층을 자신의 강력한 항성풍으로 날려 보내어 내핵이 드러난 별입니다. 1867년 프랑스의 천문학자 샤를 볼프와 조르주 레이에가 함께 발견했으며, 분광형은 W로 대기가 헬륨으로 되어 있습니다.

 

□ 아펩(Apep)은 노르마(Norma : 직각자) 자리에 위치한 볼프-레이에 쌍성과 뜨거운 초거성으로 구성된 삼중성계입니다. 이집트 신화에 나오는 뱀의 신의 이름을 딴 이 항성계는 쌍성계의 주별의 빠른 회전 속도에 의해 우주로 뿜어져 나오는 거대한 항성풍과 우주 먼지 복합체에 둘러싸여 있으며, 부별의 영향으로 "바람개비" 모양을 형성합니다. 2010년대 지상 기반 연구에서 이 항성계는 우리 은하에서 가장 잘 알려진 감마선 폭발의 전구체 후보로 결론지어졌습니다.

 

NASA의 제임스 웹 우주 망원경이 사상 최초로, 네 개의 구불구불한 먼지 나선 구조를 선명한 중적외선 이미지로 포착했습니다. 이 나선 구조는 서로 정확히 같은 패턴으로 퍼져 나갑니다. (네 번째 나선 구조는 웹 이미지 가장자리에서 거의 투명하게 보입니다. 웹 이전에 수행된 관측에서는 껍질이 하나만 관측되었고, 외부 껍질의 존재에 대한 가설이 제기되었지만, 지상 망원경을 이용한 탐사에서는 발견되지 않았습니다. 이 껍질들은 이집트의 혼돈의 신 아펩(Apep)에서 유래한 것으로 알려진, 아펩계에 있는 두 개의 오래된 볼프-레이에 별에서 지난 700년 동안 방출되었습니다.

웹의 이미지와 칠레에 있는 유럽 남방 천문대(ESO)의 초대형 망원경(VLT)에서 수집한 수년간의 데이터를 결합한 결과, 두 별이 얼마나 자주 서로 스쳐 지나가는지를 알 수 있었습니다. 190년에 한 번꼴로 말입니다. 두 별은 엄청나게 긴 궤도를 돌며 25년 동안 서로 가까이 지나가며 먼지를 형성합니다.

웹은 또한 이 계에 서로 중력적으로 결합된 세 개의 별이 있음을 확인했습니다. 두 개의 볼프-레이에 별에서 분출된 먼지는 세 번째 별인 거대한 초거성에 의해 "잘려 나가", 더 넓은 궤도에서 팽창하는 각 먼지 구름에 구멍을 냅니다. (웹의 사진에서는 세 별 모두 하나의 밝은 빛점으로 표시됩니다.)

고속 '전투'

아펩 별에 있는 먼지를 생성하는 볼프-라이엣 별들은 평온한 항해를 하고 있는 것이 아닙니다. 이 별들은 초속 2,000~3,000킬로미터(1,200~2,000마일)의 속도로 우주를 질주하며 먼지를 내뿜고 있습니다. 

그 먼지는 또한 매우 밀도가 높습니다. 먼지의 특정 구성은 웹이 훨씬 더 많은 것을 관측할 수 있었던 또 다른 이유입니다. 먼지는 대부분 비정질 탄소로 이루어져 있습니다. 한 교수는 "탄소 먼지 입자는 별에서 멀리 떨어져 있을 때에도 더 높은 온도를 유지합니다."라고 말했습니다. 이 매우 작은 먼지 입자는 우주에서는 따뜻한 것으로 여겨지지만, 방출하는 빛은 매우 희미하기 때문에 웹의 MIRI(중적외선 관측 장비)를 통해서만 우주에서 관측할 수 있습니다.

Apep의 미래

두 개의 볼프-레이에 별은 처음에는 동반성인 초거성보다 질량이 더 컸지만, 현재는 질량의 대부분을 잃었습니다. 두 볼프-레이에 별 모두 태양 질량의 10배에서 20배 사이일 가능성이 높으며, 초거성은 태양 질량의 40배에서 50배 정도일 것으로 추정됩니다.

결국 볼프-레이에 별은 초신성으로 폭발하여 그 안의 내용물을 빠르게 우주로 날려 버릴 것입니다. 두 별 모두 블랙홀이 되기 전에 우주에서 가장 강력한 현상 중 하나인 감마선 폭발을 방출할 수도 있습니다. 

볼프-레이에 별은 우주에서 매우 드뭅니다. 수천억 개의 별이 있는 우리 은하에는 약 천 개 정도만 존재하는 것으로 추정됩니다. 지금까지 관측된 수백 개의 볼프-레이에 쌍성 중, 우리 은하에서 이러한 유형의 볼프-레이에 별이 두 개 있는 유일한 예는 아펩입니다. 대부분의 쌍성에는 단 하나만 있습니다.