베텔게우스의 ‘숨은 짝별’ 발견…천년 수수께끼 풀렸다

작성일 07-24

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 곽노필의 미래창 6년 주기로 밝기 변화하는 원인 찾아 1만년 안에 베텔게우스에 흡수될 듯 
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 <img alt="천문학자들이 하와이 제미니노스망원경을 이용해 베텔게우스(주황색)의 동반별(파란색)을 발견했다. 여러 장의 단시간 노출 사진을 합성해 완성한 것이다. 국제제미니천문대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/24/hani/20250724103644590qygd.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="0uKTTaTNEp" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/24/hani/20250724103644590qygd.jpg" width="658">
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 천문학자들이 하와이 제미니노스망원경을 이용해 베텔게우스(주황색)의 동반별(파란색)을 발견했다. 여러 장의 단시간 노출 사진을 합성해 완성한 것이다. 국제제미니천문대 제공
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 지구로부터 700광년 거리에 있는 베텔게우스는 밤하늘에서 가장 유명한 별자리 가운데 하나인 오리온자리에 있다. 오리온자리에서 두번째, 밤하늘 전체에선 열번째로 밝은 별이다. 겨울철 북반구의 남쪽 밤하늘에 뜨는 오리온자리의 오른쪽 어깨, 지구에서 보면 왼쪽 어깨 부분에 있다. 맨눈으로도 관측이 가능해 2천년 전 서양의 로마와 중국 한나라 천체 관측가들은 베텔게우스를 노란색 별로 묘사했다. 질량은 태양의 15배, 지름은 태양의 700배, 밝기는 태양의 7000~1만4000배나 된다. 베텔게우스를 태양의 자리에 놓을 경우 그 크기가 목성 궤도를 넘어설 정도다. 질량에 비해 크기가 지나치게 큰 것은 별의 일생에서 마지막 단계에 해당하는 적색초거성이기 때문이다. 지구에서 가장 가까운 적색초거성이다. 별 중심의 수소 핵융합은 끝나고 이를 둘러싼 수소 껍질에서 핵융합이 진행되면서, 그 복사압의 영향으로 바깥층이 크게 부풀어 오른 상태다. 수소껍질의 핵융합까지 끝나면 중력에 못이겨 스스로 붕괴하면서 엄청난 초신성 폭발을 일으킨다. 과학자들은 짧게는 수십년, 길게는 수십만년 안에 초신성 폭발이 일어날 것으로 본다. 생의 마지막 단계에 있지만 나이는 1천만년으로 46억년인 태양에 비하면 매우 어리다. 천문학상으로는 아주 이른 나이에 늙어버린 셈이다. 태양보다 훨씬 무거워서 핵융합 연료를 빠르게 소진한 탓이다. 
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 <img alt="오리온 자리에서의 베텔게우스 위치를 보여주는 사진. 베텔게우스 오른쪽 아래에 세 별이 나란히 늘어서 있는 ‘삼태성’이 보인다. 국제제미니천문대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/24/hani/20250724103645936rbpd.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="pOjuuluSE0" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/24/hani/20250724103645936rbpd.jpg" width="658">
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 오리온 자리에서의 베텔게우스 위치를 보여주는 사진. 베텔게우스 오른쪽 아래에 세 별이 나란히 늘어서 있는 ‘삼태성’이 보인다. 국제제미니천문대 제공
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 그런데 붉은색의 이 별은 일반적인 다른 별과 달리 겉보기 밝기가 일정하지 않다. 약 400일 또는 약 6년 주기로 0.2등급에서 1.2등급까지 겉보기 밝기가 변한다. 400일 주기의 변화는 베텔게우스 내부에 원인이 있는 것으로 본다. 2019년엔 베텔게우스의 밝기가 갑자기 어두워진 적이 있다. 당시 과학자들은 초신성 폭발을 앞두고 있는 것은 아닌지 의심했다. 하지만 확인 결과, 별에서 분출된 거대한 먼지 구름이 안개처럼 빛을 차단한 탓이었다. 아리송한 것은 6년 주기 변화의 원인이었다. 천문학계 일부에선 오래 전부터 어딘가에 숨어 있는 동반별(짝별)이 6년 주기 밝기 변화의 원인일 수 있다는 가설을 제기해 왔다. 동반별이 베텔게우스와 상호작용해 주기적으로 밝기를 변화시킨다는 것이다. 그러나 그동안 동반별을 찾으려는 시도는 모두 실패했다. 지난해 한 국제 천문학연구팀은 그동안의 천체 관측 자료를 토대로 분석한 결과, 태양 질량보다 작은 동반별이 베텔게우스 반지름의 2배를 약간 넘는 거리에서 2110일 주기로 공전하고 있을 가능성이 있는 것으로 나타났다고 국제학술지 ‘천체물리학 저널’에 발표했다. 미국항공우주국(나사) 에임스연구센터의 선임연구과학자 스티브 하웰이 이끄는 국제연구팀이 마침내 베텔게우스의 천년 수수께끼를 풀었다. 해발 4200m 하와이 마우나케아산 정상에 있는 제미니노스망원경 관측을 통해, 그동안 베텔게우스의 빛에 가려져 있던 동반별을 찾아냈다. 이번 연구는 24일 ‘천체물리학 저널 레터스’(The Astrophysical Journal Letters)에 발표됐다. 연구진이 동반별 발견에 사용한 장비는 망원경에 장착된 ‘알로페케’(Alopeke)라는 이름의 스펙클 이미징 기기다. 스펙클 이미징은 노출 시간을 매우 짧게 해 지구 대기로 인한 이미지 왜곡을 막는 이미징 기술을 말한다. 연구진은 이 기술과 지름 8.1m 대형 반사경의 집광 능력을 결합해 희미한 동반성을 확인할 수 있었다. 연구진은 “이번 발견은 제미니망원경이 달성할 수 있는 한계를 뛰어넘었다”며 “이 방법을 이용해 앞으로 비슷한 특성을 가진 다른 천체도 관측할 수 있는 길을 열었다”고 밝혔다. 연구진은 베텔게우스가 아랍어로 ‘거인의 어깨’를 뜻한다는 점을 고려해, 동반별의 이름도 아랍어의 ‘시와르하’(팔찌)로 지을 것을 제안했다. 
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 <img alt="베텔게우스는 2019년 9월부터 어두워지기 시작해 2020년 2월엔 빛의 밝기가 35%까지 약해졌다. 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)로 촬영한 사진이다. 유럽남방천문대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/24/hani/20250724103647245gkwl.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="uSg00I0CmF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/24/hani/20250724103647245gkwl.jpg" width="658">
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 베텔게우스는 2019년 9월부터 어두워지기 시작해 2020년 2월엔 빛의 밝기가 35%까지 약해졌다. 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)로 촬영한 사진이다. 유럽남방천문대 제공
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 동반별이 베텔게우스 대기층 통과하며 밝게 빛나 연구진이 동반별의 빛을 분석한 결과, 이 별은 베텔게우스보다 밝기가 6등급 더 어둡고, 질량은 태양의 1.5배이며, 아직 핵에서 수소 핵융합이 시작되지 않은 뜨겁고 젊은 청백색 별로 추정됐다. 베텔게우스와의 거리는 지구~태양 거리의 약 4배로 태양~목성 거리보다 가깝다. 약 6년에 한 번씩 베텔게우스를 공전할 때마다 동반별이 적색초거성으로 부풀어오른 베텔게우스의 외곽 대기층을 통과한다. 연구진은 이때 고온의 동반별과 접촉한 대기층의 가스가 가열되면서 주기적으로 베텔게우스가 더욱 빛나는 것으로 추정했다. 연구진은 이번 발견은 비슷한 적색초거성들이 주기적으로 밝기가 변하는 이유를 설명해준다고 덧붙였다. 연구진에 따르면 베텔게우스와 동반별은 동시에 태어났을 가능성이 높다. 하지만 베텔게우스의 수명은 거의 끝나가고 있고, 동반별은 아직도 유아 단계에 머물러 있다. 동반별은 어쩌면 어른이 되지도 못한 채 사라져 버릴 수도 있다. 연구진은 동반별은 베텔게우스의 조석력에 이끌려 1만년 안에 베텔게우스에 흡수될 것으로 예상했다. 또 그 전에 초신성 폭발이 일어나면 더 일찍 산화해버릴 수도 있다. 연구진은 2027년 11월 동반별의 특성을 더욱 정확하게 밝혀낼 수 있는 기회가 올 것으로 기대한다. 동반별이 공전궤도상 베텔게우스로부터 가장 멀리 떨어져 있을 때여서 뚜렷하게 관측할 수 있기 때문이다. *논문 정보 Probable Direct Imaging Discovery of the Stellar Companion to Betelgeuse. DOI: 10.3847/2041-8213/adeaaf 곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr
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