초신성이 뭔가요? 궁금합니다!!

항성진화의 마지막 단계에 이른 별이 폭발하면서 생기는 엄청난 에너지를 순간적으로 방출하여 그 밝기가 평소의 수억 배에 이르렀다가 서서히 낮아지는 현상을 말한다. 별의 일생 가운데 갑작스런 죽음의 단계를 일컫는다.

하늘에 갑자기 나타난 별을 신성이라고 불렀습니다. 영어로는 nova(노바) 라고 합니다. 신성들 중에서 특별히 밝은 것을 초신성(super nova)라고 합니다.

초신성은 신성보다 에너지가 큰 별의 폭발을 의미하며 거대한 별의 일생에서 마지막 진화 단계에서 일어나는 천문학적 사건이다.

초신성은 새로운 밝은 별의 출현의 야기하며 몇 주, 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐 서서히 어두워진다. 라틴어인 nova는 ‘새로운’의 의미를 가지며, 신성 (nova)은 천문학적으로 새로운 밝은 별을 가리킨다. 접두사 ‘super-’을 붙여 초신성(supernova)의 광도가 신성보다 훨씬 높다는 의미를 부여한다. 초신성(supernova)라는 단어는 1931년 발터 바데 (Walter Baade)와 프리츠 츠비키 (Fritz Zwicky)가 처음 사용하였다.

그림 1. 왼쪽 하단의 작은 밝은 점으로 보이는 NGC 4526 은하계의 초신성 SN 1994D (출처)

초신성이 발생하는 방법은 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 첫째, 백색왜성과 같은 수명이 다한 별이 주변의 물질 유입을 통해 갑작스러운 핵융합 재점화가 일어나거나, 둘째, 거대한 항성의 중심핵이 갑작스럽게 중력 붕괴하는 경우이다. 전자의 경우 백색왜성이 동반성으로부터 물질을 가져오는데, 이 때, 강착 현상이 일어나거나 동반성과 합쳐지면서 동반성으로부터 뺏어온 물질의 누적이 충분하면 백색 왜성의 중심핵의 온도가 상승해 탄소 핵융합이 재점화되면 갑작스럽게 폭발하면서 별이 완전히 파괴된다. 후자의 경우, 큰 항성의 핵이 중력 전위 에너지를 방출하면서 갑작스러운 중력 붕괴를 겪으면서 초신성이 발생할 수 있다. 실제 관측된 몇몇 초신성들은 위 두 개의 단순화된 이론들보다 더 복잡하지만, 이러한 천체물리역학들은 한동안 확실하다고 받아들여졌다.

초신성의 분류

천문학자들은 초신성을 이해하기 위한 시도의 하나로 초신성의 광도곡선과 초신성의 스펙트럼에 나타나는 다른 화학 원소의 흡수선에 따라 분류해왔다. 초신성의 스펙트럼에 수소로 인해 나타나는 선 (스펙트럼의 가시광 영역에서는 발머 시리즈로 알려져 있음.) 의 유무에 따라 I형, II형으로 나뉘며, 수소선이 없는 경우 I형, 수소선이 존재하는 경우 II형으로 분류한다. 다른 원소선의 존재나 시간 함수의 광도곡선의 형태에 따라 각 유형에서 하위 유형으로 추가 분류가 가능하다.

(1) I형 초신성 I형 초신성은 스펙트럼을 기준으로 세분화할 수 있으며, 전리규소선을 보이면 Ia형 초신성, 이 흡수선이 없으면 Ib형, Ic형으로 분류된다. Ib형 초신성은 강한 중성 He 선을 보이고, Ic형은 그 선이 잘 보이지 않는다. 소수의 Ia형 초신성은 비표준적인 휘도 또는 퍼지 광도곡선과 같은 특이한 특징을 보이며, 이것들은 일반적으로 유사한 특징을 보여주는 가장 초기의 초신성의 사례를 기준으로 하여 분류된다.

(2) II형 초신성 II형 초신성도 스펙트럼에 따라 세분화할 수 있는데, 대부분의 II형 초신성들은 초당 수천 킬로미터 (km)의 팽창 속도를 나타내며 매우 넓은 방출선을 보여준다. 그러나 일부 II형 초신성들은 비교적 좁은 스펙트럼 특징을 가지고 있기도 하며, 이러한 유형의 초신성은 IIn형 초신성으로 분류한다.

그림 2. II-P형 초신성과 II-L형 초신성을 구분할 수 있는 광도 곡선 (출처)

II형 초신성의 정상적 스펙트럼은 퍼진 수소선을 가지고 있으며, 광도곡선에 근거하여 분류될 수 있다. 가장 일반적인 유형은 초신성의 휘도가 절정을 지나면 광도곡선에서 수개월 동안 시각적 광도가 상대적으로 일정하게 유지되는 "안정기(plateau)"를 보인 후 다시 휘도가 감소한다. 이를 II-P(plateau)형 초신성으로 분류할 수 있으며, 이에 비해 뚜렷한 "안정기"를 보이지 않는 경우는 II-L(linear)형 초신성으로 분류한다.

위의 기준들에 의해 분류되지 않는 초신성들은 특이하다고 지정하여 ‘pec'로 지정 분류된다.

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