별 WOH G64 주변을 둘러싼 두꺼운 물질 고리를 묘사한 상상도. 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경간섭계(VLTI) 관측 결과를 바탕으로 제작됐다. 유럽남방천문대 제공


우주에서 가장 크고 밝은 별 중 하나가 약 1년 만에 색깔과 온도가 바뀌는 과정이 관측됐다. 별의 진화를 실시간으로 포착한 극히 드문 사례다.
곤살로 무뇨스-산체스 그리스 아테네국립천문대 연구원을 포함한?국제 연구팀은 대마젤란운에 있는 별 'WOH G64'가 붉고 차가운 적색초거성에서 노랗고 뜨거운 '노란색 극대거성'으로 전환했다는 관측 결과를 23일(현지시 바다이야기APK 간) 국제학술지 '네이처 천문학'에 발표했다. 대마젤란운은 지구에서 약 16만 광년 떨어진 우리은하의 위성은하다.
적색초거성은 태양보다 8~30배 무거운 별이 진화 마지막 단계에 이른 상태다. 표면 온도가 낮아 붉게 보이며 일반적으로 초신성 폭발로 생을 마감한다. 가장 밝은 적색초거성의 경우 폭발 전?어떤 진화 단계를 거치는지는 여전히 불 바다이야기합법 분명하다. 밝은 적색초거성이 초신성 폭발 직전에 관측된 사례가 거의 없기 때문이다. 천문학계에서는 이를 '적색초거성 문제'라 부르며 오랜 논쟁을 이어오고 있다.
WOH G64는 1980년대 발견된 이래 적색초거성 문제의 핵심 연구 대상이었다. WOH G64는 반지름이 태양의 1540배로 태양계에 놓으면 목성 궤도까지 채울 만한 크기다. 밝 릴게임몰메가 기는 태양의 약 28만 배에 이르고 매년 잃는 질량도 태양 질량의 1만분의 1이 넘는 수준으로 알려진 적색초거성 가운데 가장 극한 환경에 있는 별로 꼽힌다.
연구팀은 1992년부터 현재까지 약 30년간 축적된 밝기 관측 자료를 분석하고 별빛을 파장별로 분해하는 분광 관측을 추가로 수행했다. 분석 결과 2014년을 기점으로 WOH G64의 바다이야기합법 성질이 크게 달라진 것을 확인했다.
2014년 이전까지 WOH G64는 약 850일 주기로 밝기가 오르내리는 변광성이었다. 2011년부터 밝기가 크게 떨어진 뒤 2013~2014년 사이 가시광선 영역에서 급격히 밝아지면서 별의 색깔이 붉은색에서 푸른색 계열로 변했다. 표면 온도가 섭씨 1000도 이상 올랐다는 뜻이다. 전환 후 표면 온도는 사이다쿨접속방법 약 4500~5100도로 적색초거성보다 훨씬 뜨거운 상태가 됐다. 반지름도 이전의 절반 수준인 태양의 약 800배로 줄었다.
별빛을 파장별로 분해한 스펙트럼에서도 변화가 확인됐다. 차가운 별에서 나타나는 산화타이타늄(TiO) 분자 흡수대가 사라지고 철·수소·헬륨 등 고온 환경에서 생기는 방출선이 새로 나타났다.
특히 가시광선에서는 뜨거운 별 주변에 가스 원반이 있을 때 보이는 'B[e]형' 스펙트럼이, 근적외선에서는 따뜻한 별의 흡수선이 동시에 관측됐다. 상반된 특성이 함께 나타난다는 것은 WOH G64가 별 한 개가 아니라는 증거다. 연구팀은 이를 근거로 WOH G64가 적색초거성과 함께 궤도를 도는 동반성이 서로 물질을 주고받는 '공생쌍성계'라고 결론 내렸다.
연구팀은 전환 원인으로 두 가지 시나리오를 제시했다. 첫째는 두 별이 가까워지면서 적색초거성의 외피를 공유하는 '공통외피 진화' 과정에서 바깥 대기가 일부 벗겨진 경우다. 시뮬레이션에서는 적색거성 외피의 80%가 약 400일 만에 방출될 수 있는 것으로 나타났다. 관측된 전환 속도와 부합한다.
둘째는 WOH G64가 본래 노란색 극대거성이었을 가능성이다. 30년 이상 지속된 대규모 물질 분출로 별 주변에 두꺼운 가스 층이 형성됐고 이 때문에 붉은 별처럼 관측됐다는 설명이다. 2014년 분출이 멈추면서 가스 층이 걷히고 원래 모습이 드러났다는 의미다.
이번 연구는?가장 밝은 적색초거성의 극단적 성질이 동반성과의 상호작용에서 비롯됐을 가능성을 보여준다. 연구팀은 "WOH G64가 초신성으로 폭발할지, 블랙홀로 붕괴할지, 동반성과 합쳐질지는 현재로서 예측할 수 없으며 지속적인 관측이 필요하다"고 말했다.
<참고> doi.org/10.1038/s41550-026-02789-7
[임정우 기자 jjwl@donga.com]