세 번째 유형의 초신성 폭발

초신성은 별이 폭발할 때 발생한다. 여러분이 초신성을 생각할 때, 여러분이 가장 상상하는 유형은 유형 II 또는 핵 붕괴 초신성이다. 이러한 종류의 우주 폭발은 우리 태양의 질량의 약 10배가 되는 별이 수명을 다했을 때 폭발하면서 중성자 별이나 블랙홀을 남길 때 일어난다. 다른 유형의 초신성 I은 백색 왜성이라 불리는 태양과 유사한 별의 잔해가 근처 동료로부터 물질을 흡수할 때 발생한다. 물질은 백색 왜성의 표면에 쌓이고 특정 질량 한계를 넘어가면, 폭발하는 열핵 폭발은 백색 왜성을 산산조각 낸다. 그러나 1980년으로 거슬러 올라가는 계산은 전자 포획 초신성이라 불리는 세 번째 유형의 초신성이 존재해야 한다는 것을 보여준다. 이러한 유형의 폭발은 8~10개의 태양 질량의 좁은 질량 범위에 있는 별들에게만 발생하는데, 이 별들은 조용하게 백색 난쟁이로 진화하는 것과 그들이 죽을 때 폭발적으로 중성자 별이나 블랙홀을 낳는 것 사이의 경계를 가로지른다. 전자 포획 초신성들은 또한 일부 타입 II 초신성처럼 중성자 별을 생성한다. 하지만 별이 죽기 전에, 중심핵에 쌓여 있는 마그네슘과 네온 원자는 주변의 자유 유동 전자를 포획하기 시작하고, 이것이 중심핵을 안정적으로 유지하는 외부 압력의 원인이 된다. 전자가 흡수되면 외부 압력이 감소하여 별의 내부 영역이 중성자 별에 붕괴되고 외부 영역은 초신성 폭발로 동시에 바깥쪽으로 폭발한다. 2018년 3월 일본 아마추어 천문학자 이타가키 고이치는 카멜라파다리스 별자리에서 3000~4000만 광년 떨어진 은하 NGC 2146에서 새로운 초신성을 발견했다. 이제, 연구원들은 이 폭발을 분석했고, 6월 28일 '네이처 천문학'지에 발표된 논문에서 이 폭발은 전자 포착 초신성의 프로파일에 딱 들어맞는다고 발표했다.

SN 2018zd라고 불리는 이 새로운 초신성의 특이한 점은 천문학자들이 폭발 전과 폭발 후에 이 초신성의 호스트 은하의 허블과 스피처 우주 망원경 이미지를 비교할 수 있었다는 것이다. 이것은 그들이 폭발을 촉발한 것으로 보이는 조상별을 확인하는데 도움을 주었다. "이것은 다른 후보 전자 포획 초신성들을 위해 행해진 적이 없었던 핵심 요소들 중 하나였습니다. 초신성들은 생존할 수 있는 것으로 확인된 조상 별, 즉 폭발하는 별을 가진 적이 없었습니다,"라고 버클리 캘리포니아 대학의 공동 저자인 알렉스 필리펜코는 보도 자료에서 말했습니다. 하지만 이번에 천문학자들은 이 별과 초신성 폭발로 인한 빛을 전자 포착 초신성의 예상 프로파일과 비교할 수 있었다. 이러한 관측치는 이러한 사건에 대한 6가지 예상 기준과 모두 일치하며 기대에 완벽하게 부합한다. 첫째로, 그 시조는 초증상 거대 가지 별이라고 불리는 붉은 거성의 한 종류였다. 이 별들은 8에서 10개의 태양질량 사이이며 전자 포획 초신성의 시조로 여겨진다. 둘째, 그 시조는 폭발하기 전에 질량의 많은 부분을 떼어내서 바깥 층을 주변의 물질 구름으로 밀어냈다. 셋째, 이 물질은 전자 포획 초신성 앞에 나올 것으로 예상되는 독특한 화학적 구성을 보여주었다. 헬륨, 탄소, 질소 등은 풍부하지만 산소는 거의 없다는 것이다. 넷째, 폭발 자체는 핵 붕괴 초신성보다 더 약했다. 다섯 번째, 이 폭발의 빛은 천문학자들이 전자 포착 초신성에 대해 예상한 것과 같은 작용을 했다. 이 빛은 충격파에 포함된 물질이 별이 이전에 날려버린 외층을 강타하면서 100일 이상 지속되며 떨어져 나가기 전에 오랫동안 빛을 내뿜었다. 마지막으로, 남겨진 물질의 구성 (특히 안정적인 니켈의 존재는 있지만 방사성 니켈은 핵 붕괴 초신성 이후에 흔하지 않은) 또한 천문학자들이 전자 포획 초신성으로부터 기대하는 것이다.