천문학자들은 지금까지 가장 짧은 궤도를 가진 희귀한 '블랙 위도우' 쌍성을 발견했습니다

가까운 별의 섬광은 MIT 천문학자들을 지구에서 3,000광년 떨어진 새롭고 신비한 시스템으로 이끌었습니다. 별의 기이함은 새로운 "블랙 위도우 쌍성"으로 보입니다. 빠르게 회전하는 중성자별 또는 펄서는 거미류의 이름을 딴 별이 짝에게 하듯이 작은 동반성을 돌고 천천히 소모하고 있습니다.

천문학자들은 우리 은하에 있는 약 24개의 블랙 위도우 바이너리를 알고 있습니다. ZTF J1406+1222로 명명된 이 최신 후보는 펄서와 동반성이 62분마다 서로를 도는 가장 짧은 공전 주기를 가지고 있습니다. 이 시스템은 10,000년마다 두 개의 내부 별 주위를 공전하는 세 번째 멀리 떨어진 별을 호스트하는 것으로 보인다는 점에서 독특합니다.

이 트리플 블랙 과부는 그러한 시스템이 어떻게 형성될 수 있었는지에 대한 의문을 제기하고 있습니다. 관찰 결과를 바탕으로 MIT 팀은 기원 이야기를 제안합니다. 대부분의 블랙 위도우 쌍성과 마찬가지로 삼중 시스템은 구상 성단으로 알려진 오래된 별의 밀집된 별자리에서 발생했을 가능성이 큽니다. 이 특별한 성단은 은하수 중심으로 표류했을 수 있으며, 중앙 블랙홀의 중력은 삼중 블랙 위도우를 손상시키지 않고 성단을 분리하기에 충분했습니다.

 

Burdge는 "이 시스템은 우리가 가시광선과 넓은 동반자 및 은하 중심에서 왔다는 사실 때문에 블랙 위도우에 관한 한 정말 독특합니다."라고 말했습니다. "아직도 우리가 이해하지 못하는 것이 많이 있습니다. 하지만 우리는 하늘에서 이러한 시스템을 찾는 새로운 방법을 가지고 있습니다."

 

이 연구의 공동 저자는 워릭 대학교, 칼텍, 워싱턴 대학교, 맥길 대학교, 메릴랜드 대학교를 비롯한 여러 기관의 공동 연구자입니다.

낮과 밤

블랙 위도우 쌍성은 펄서에 의해 구동됩니다. 펄서는 빠르게 회전하는 중성자 별 이며, 이는 무거운 별의 붕괴된 핵입니다. 펄서는 현기증 나는 회전 주기를 가지고 있으며, 몇 밀리초마다 회전하고 그 과정에서 고에너지 감마와 X선의 섬광을 방출합니다.

 

일반적으로 펄서는 엄청난 양의 에너지를 태우면서 스핀다운되어 빠르게 죽습니다. 그러나 가끔 지나가는 별이 펄서에 새 생명을 줄 수 있습니다. 별이 가까워지면 펄서의 중력이 별에서 물질을 끌어당겨 펄서를 다시 회전시키는 새로운 에너지를 제공합니다. 그런 다음 "재활용된" 펄서는 별을 더 벗겨지게 하는 에너지를 다시 방출하기 시작하고 결국에는 별을 파괴합니다.

 

"이 시스템은 거미가 짝을 먹는 것처럼 펄서가 재활용한 것을 소비하기 때문에 블랙 위도우라고 불립니다."라고 Burdge는 말합니다.

 

현재까지 모든 블랙 위도우 바이너리는 펄서에서 방출되는 감마 및 X선 섬광을 통해 감지되었습니다. 처음에 Burdge는 동반성의 광학적 섬광을 통해 ZTF J1406+1222를 발견했습니다.

동반성 별의 낮 쪽(영구적으로 펄서를 향하고 있는 쪽)은 펄서에서 받는 일정한 고에너지 복사로 인해 밤 쪽보다 몇 배나 더 뜨겁다는 것이 밝혀졌습니다.

 

Burdge는 "펄서를 직접 찾는 대신 펄서가 요리하는 별을 찾으려고 생각했습니다."라고 설명합니다.

그는 천문학자들이 밝기가 주기적으로 엄청난 양으로 변하는 별을 관찰한다면, 그것은 펄서가 있는 쌍성기에 있다는 강력한 신호가 될 것이라고 추론했습니다.

 

스타 모션

이 이론을 테스트하기 위해 Burdge와 그의 동료들은 밤하늘의 광시야 이미지를 촬영하는 캘리포니아에 위치한 관측소인 Zwicky Transient Facility에서 촬영한 광학 데이터를 조사했습니다. 팀은 별의 밝기를 약 1시간 이내의 시간 척도로 10배 이상 극적으로 변화하는지 알아보기 위해 별의 밝기를 연구했습니다.

 

그들은 하늘에 있는 별의 위치와 움직임을 정확하게 측정하는 유럽 우주국(European Space Agency)이 운영 하는 우주 망원경 인 가이아(Gaia)가 촬영한 관측에서 별을 찾았습니다 . Sloan Digital Sky Survey에서 별에 대한 수십 년 된 측정을 되돌아 보면 팀은 쌍성기가 다른 먼 별에 의해 추적되고 있음을 발견했습니다. 그들의 계산에 따르면 이 세 번째 별은 10,000년마다 내부 쌍성을 공전하는 것으로 나타났습니다.

 

흥미롭게도 천문학자들은 펄서 에서 방출되는 감마선이나 X선을 쌍성으로 직접 감지하지 못했습니다. 이는 블랙 위도우가 확인되는 전형적인 방식입니다. 따라서 ZTF J1406+1222는 후보 블랙 위도우 바이너리로 간주되며 팀은 향후 관찰을 통해 이를 확인하고자 합니다.

 

"우리가 확실히 알고 있는 한 가지는 밤보다 훨씬 더 뜨거운 낮의 별이 62분마다 주위를 도는 별을 본다는 것입니다."라고 Burdge는 말합니다. "모든 것이 블랙 위도우 바이너리임을 가리키는 것 같습니다. 하지만 몇 가지 이상한 점이 있기 때문에 완전히 새로운 것일 수 있습니다."

 

팀은 새로운 시스템을 계속 관찰하고 광학 기술을 적용하여 하늘의 더 많은 중성자별과 블랙 위도우를 밝힐 계획입니다.