백색왜성

태양과 지구의 나이는 얼마일까요? 자그마치 약 45억 살이라고 합니다. 45억 년이지만 전체 우주의 나이와 비교하면 3분의 1밖에 되지 않는다고 하네요. 태양과 지구는 젊은 축에 드는군요. 그런데 태양도 앞으로 65억 년 정도 더 나이가 들면 태양 중심의 연료를 다 써버리게 됩니다. 만약 그렇게 된다면 태양은 태양 표면부의 연료를 태우게 되는데요. 표면이 팽창하여 지구까지 덮어버리게 됩니다. 이때까지 인류가 생존한다면 벌써 다른 행성으로 이주한 다음이겠지요? 태양이 최종적으로 표면의 연료까지 다 태우고 나면 크기가 작아지게 됩니다. 크기는 지구와 비슷하게 되고 밀도는 지금보다 100만 배 높게 됩니다. 이것이 바로 백색왜성입니다. 바로 별의 죽음의 시작이지요. 별의 잔해(stellar remnant)입니다. 백색왜성은 수백억 년 동안 점점 차가워지고 작아져 어두운 재가 됩니다.

최초로 발견된 백색왜성은 40 Eridani B입니다. 1910년에 러셀 등은 이 별을 연구하여 어둡지만 온도가 높은 별이란 것을 발견하였습니다. 질량은 태양과 비슷하지만 크기는 지구 크기에 불과하다는 사실이 밝혀지면서 백색왜성의 존재가 세워졌습니다.

우리가 잘 아는 허블우주 망원경은 NGC 6397에서 젊은 백색왜성과 늙은 백색왜성이 함께 존재하는 것을 포착하였습니다. 백색왜성의 색과 밝기를 근거로 젊은 백색왜성과 늙은 백색왜성의 분류가 가능하였습니다.

 백색왜성과 항성이 중력적으로 결합하여 항성으로부터 백색왜성으로 가스가 유입되는 계(근접쌍성)에서는 가스가 쌓이면서 백색왜성이 팽창하게 됩니다. 그리고 별의 무게가 한계에 도달하면 별의 중력을 지탱하지 못해 Ia형 초신성 폭발이라고 불리는 대폭발을 일으킵니다.

Ia형 초신성 폭발은 급격히 핵융합이 진행되면서 철 등 중원소를 생성하여 우주공간으로 살포하여 우주의 화학 진화를 진행합니다. 또한 폭발 조건에서 Ia형 초신성 폭발을 일으키는 백색왜성의 무게는 태양의 1.4배로 일정하다고 가정할 때, 밝기도 일정할 것으로 여겨져 겉보기 밝기로부터 먼 곳 은하의 거리를 측정할 수 있습니다. 얻은 거리와 빛으로부터 측정할 수 있는 우주의 팽창 속도를 비교함으로써 우주는 가속 팽창하고 있다고 알려져 있습니다. 이 결과는 우주의 주성분이 다크 에너지라는 증거로 여겨지고 있습니다.

이와 같이 백색왜성은 우주의 화학적 진화 및 우주론 연구에 중요한 역할을 하고 있습니다. 특히 장차 Ia형 초신성 폭발을 일으킬 가능성이 있는 근접 쌍성 내 백색왜성의 무게를 아는 것이 중요합니다. 그것은 Ia형 초신성 폭발의 빈도에 영향을 미치기 때문에 우주의 화학 진화의 열쇠를 쥐고 있습니다. 또 태양 무게의 1.4배라는 한계치는 이론 계산의 결과이므로 진짜 값은 관측적으로 조사할 필요가 있습니다. 이 근접 쌍성 내 백색왜성의 무게를 측정하는 강력한 방법 중 한 가지는 X-ray 측정 방법입니다.