수십 년 동안 천체물리학자들은 눈에 잘 띄지 않는 미스터리에 대해 수수께끼를 풀었습니다. 대부분의 초신성은 가장 큰 별에서 나오고, 우리 은하계에서 가장 큰 별의 대부분은 다중성계에 있는 것으로 생각됩니다. 그러나 지금까지 단일 다중성계에서 두 개의 초신성이 발생하는 것을 발견한 사람은 아무도 없습니다.

새로 발견된 이 성계는 우리 은하에서 가장 많이 연구된 초신성 잔해 중 하나인 IC 443(해파리 성운)과 근처에 숨어 있는 G189.6+3.3이라는 더 희미한 잔해로 구성되어 있습니다. IC 443은 너무 밝게 빛나서 이 두 번째 잔해를 가릴 정도입니다. 이 잔해는 대량의 고대 데이터와 매우 민감한 최신 우주 망원경의 최근 관측을 통해서만 감지할 수 있는 것으로 나타났습니다.

천문학자들은 일반적으로 초신성 잔해(중성자별, 가끔 블랙홀, 에너지가 파괴된 주변 환경)를 파괴적인 탄생으로 인해 남겨진 충격파를 통해 검색합니다. 이러한 충격파는 거대한 별의 핵에 연료가 부족할 때 발생하여 별의 나머지 부분을 산산조각으로 날려버릴 수 있습니다. 이 쌍성 초신성에 의해 생성된 충격파를 탐지하기 위해 천문학자들은 두 가지 미묘한 신호, 즉 구형 파편 껍질의 구조와 주변 성간 가스와 충돌하는 방출된 별 물질의 빛에 의존했습니다.

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2023년 2019년 출시된 X선 망원경인 eROSITA를 사용하는 팀은 섭씨 800만도 이상으로 가열된 플라즈마 껍질 구조에 대한 증거를 발견했지만 눈에 띄지 않는 빛은 여전히 ​​파악하기 어렵습니다. 플레어는 일반적으로 무선 신호에 나타납니다. 그러나 G189.6+3.3에는 전체 쉘 구조와 일치하는 무선 신호가 부족했습니다. 두 번째 초신성 잔해에 대한 결정적인 증거로 간주되기에는 증거가 너무 모호했습니다.

천문학자들이 대신에 감마선(전파보다 더 높은 에너지를 가진 빛의 한 형태)의 빛을 찾음으로써 획기적인 발전이 이루어졌습니다. 스탠포드 대학의 천문학자이자 연구의 주요 저자인 밀티아디스 미카엘리디스(Miltiadis Michaelidis)가 이끄는 팀은 NASA의 페르미 감마선 우주 망원경의 16년간의 데이터를 사용하여 X선 봉투를 추적하는 복잡한 감마선 플레어를 발견했는데, 이는 G189.6+3.3이 실제로 초신성 잔해임을 암시합니다. 자세한 내용은 다음에 게시됨 네이처커뮤니케이션즈.

그러나 이는 단순한 초신성 잔해가 아닙니다. 감마선 데이터를 더 깊이 조사한 결과, 연구팀은 잔해의 북쪽 부분이 나머지 지역과 완전히 다른 신호를 방출한다는 사실을 발견했습니다. 그들은 이러한 불일치가 팽창하는 충격파 내에서 두 가지 다른 유형의 입자가 감마선을 방출하는 위치를 나타냅니다. 연구자들은 이 비전이 이중 초신성이 어떻게 처음 나타났는지에 대한 강력한 증거를 제공한다고 믿습니다.

G189.6+3.3의 대부분은 상대적으로 희박한 물질 영역에 있는 것으로 보이므로 그곳의 감마선 빛은 해당 영역을 덮는 충격파에 의해 가속된 전자에서 나옵니다. 그러나 잔해의 북쪽 부분은 가속된 양성자로부터 나오는 감마선으로 빛나고 있으며, 이는 충격파가 S249 H II 영역이라고 불리는 밀도 높은 이온화된 수소 가스 구름과 상호 작용하고 있음을 나타냅니다. 이것은 천문학자들이 이미 해파리 성운과 상호 작용하고 있다는 것을 알고 있었던 것과 동일한 구름이며, 이 두 잔해가 지구 하늘에서 우연히 서로 가까이 나타나는 별개의 멀리 떨어진 물체가 아니라 실제 이웃임을 강력히 암시합니다.

후속 컴퓨터 시뮬레이션에서 팀은 그럴듯한 일련의 사건을 확립했습니다. 두 물체는 한 쌍으로 시작되었으며, 각각은 자체 중력에 의해 서로 결합된 거대하고 수명이 짧은 별이었습니다. 첫 번째 별이 폭발했을 때 폭발의 힘으로 두 번째 별이 우주로 보내졌습니다. 두 번째 별이 폭발했을 때 이 두 번째 초신성은 첫 번째 별의 잔해와 결합하지 않을 만큼 충분히 멀리 이동했습니다. 이번 연구에 참여하지 않은 웨일즈 카디프 대학교의 천문학자 마츠우라 미카코(Mikako Matsuura)는 “두 번의 초신성 폭발은 수천년 또는 수만년 내에서 합리적으로 짧은 천문학적 시간 규모에서 발생했다”고 말했습니다.

이 두 초신성을 확실하게 연결함으로써 과학자들은 이제 두 초신성 사이의 타이밍과 거리를 측정할 수 있으며, 이를 사용하여 처음으로 초신성의 에너지뿐만 아니라 그 에너지가 어떻게 주변 환경을 통해 확산되고 약간의 별 조각을 깊은 우주로 보내는지 직접 계산할 수 있습니다. 이는 결국 별과 은하가 어떻게 형성되는지에 대한 더 큰 그림을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 연구는 쌍성계 연구에도 중요한 의미를 갖습니다. Michaelides는 “우리는 쌍성 진화와 별 진화의 다양한 단계에 대한 이론적 모델만 갖고 있습니다.”라고 말했습니다. 이제 이러한 모델을 실제 물리적 관찰과 비교하여 확인할 수 있습니다.

게다가 이러한 쌍성 초신성 잔해는 우주가 더 작았고 지속적으로 상호 작용하는 단명한 거대한 별들로 가득 차 있던 “우주 초기에 존재했던 조건을 재현할 수 있다”고 마츠우라(Matsuura)는 말합니다. 따라서 새로 발견된 이 항성계를 면밀히 조사하면 과거에는 사라졌지만 지금은 사라진 별들의 삶과 죽음에 대해 더 많은 정보가 밝혀질 수 있습니다.

다음 단계로 팀은 이제 또 다른 쌍성 초신성의 잔해를 검색할 계획입니다. 더 많은 사례가 이용 가능해짐에 따라 그들은 이러한 이국적인 시스템이 은하수와 우주 전체에서 어떻게, 어디서 나타나고 발전하는지 더 잘 예측하기 위해 이론적 모델을 개선하기를 희망합니다.

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