별은 얼마나 클까?
물론 엄청나게 크다는 건 확실하다.
그러나 천문학에서는 얼마나 큰지 정확히 알고자 한다.
큰 별도 있고 작은 별도 있다. 우리가 각각의 별을 이해하고자 한다면, 그들의 크기를 가능한 한 정확히 규명해야 할 것이다.
일단, 별은 하늘의 관점으로만 보인다.
가까이 있는 별들이라면 거대한 망원경을 동원해 직접 측정할 수 있겠지만, 천문학자들은 원하는 데이터에 이르기 위해 돌아 돌아 가는 것을 마다하지 않는다.
TYC 278-748-1이라는 카탈로그 번호를 부여받은 별은 이를 보여주는 좋은 예다.
이 별은 처녀자리에 있는 별로 2018년 5월 22일까지는 그다지 눈에 띄지 않았다.
그런데 이날 지름 88킬로미터의 소행성 페넬로페 Penelope가 이 별을 가렸다. 물론 이런 일은 늘 일어난다.
하늘에는 별과 소행성이 적지 않으니 말이다.
지구에서 보면 거의 일주일에 한 번씩 가까이 있는 태양계의 암석 덩어리가 어느 별을 지나가는 일이 발생한다.
그런 일이 있을 때 별빛은 전등 빛이 꺼지듯 단숨에 꺼지지 않는다.
지구에서 보면 그냥 점처럼 보이지만, 별은 상당히 큰 천체이므로 소행성이 그 별을 완전히 덮기까지 약간 시간이 걸린다.
소행성과 별이 만나서 소행성이 별빛을 완전히 덮기까지 소요되는 시간은 소행성의 운동 속도와 별의 크기에 달려 있다.
밝기 변화를 이용한 새로운 측정 방법
그러나 광학적 효과 때문에, 즉 별빛의 회절 때문에 별이 소행성에 가려 빛을 잃어가는 동안 별 크기를 직접 측정할 수는 없다.
빛의 회절은 빛 파동이 장애물을 만날 때마다 일어나는 현상이다.
이때 빛의 일부가 장애물을 에돌아갈 수 있으며, 이로 말미암아 소행성의 그림자가 명확하지 않게 나타난다.
그림자 안쪽 영역이 밝은 파동과 어두운 파동을 가진 빛 패턴으로 둘러싸인다.
이런 현상 때문에 우선은 별빛이 완전히 사라질 때까지 얼마나 걸리는지를 정확히 측정하는 것은 불가능하다.
그러나 소행성이 별 앞으로 지나가는 동안에 빛 패턴이 변화하는 방식으로부터 광원의 지름이 얼마나 되는지는 계산할 수 있다.
단, 충분한 데이터가 있어야 한다.
빛을 잃어가는 별의 밝기를 초당 수백 번 측정해야 한다.
아주 짧은 파장에만 집중하면 이것은 특히나 유용하다.
가령 여타 모든 전자기파처럼 별도 감마선을 방출한다.
그러나 감마선을 관측하려면 약간 애를 먹어야 한다.
지구 대기가 감마선을 통과시키지 않기 때문이다.
감마선은 우리의 생체 조직과 DNA를 크게 손상할 수 있기 때문에 이는 좋은 일이긴 하지만, 천문학에서는 성가신 일이다.
결국 감마선을 직접 관측하려면 망원경을 우주로 보내야 하기 때문이다.
그리하여 천문학자들은 종종 그렇듯 간접적인 방법을 활용한다.
감마선이 공기 중 분자와 충돌하면 전자 같은 입자들이 생겨나는데, 이런 입자들은 매우 빠르게 운동한다.
빛을 능가할 수 있을 정도로 빠르다. 빛은 대기 중에서는 진공에서보다 확산 속도가 조금 느려진다.
진공에서 빛은 일정하게 초속 29만 9792.458 킬로미터로 전진하지만 공기나 물, 다른 매질을 가로지를 때는 브레이크가 걸린다.
그리하여 입자들이 그런 매질에서 빛보다 더 빠르게 운동하게 되면 그런 입자들은 아주 밝은 섬광을 만들어낸다.
그러면 지표면의 특수 망원경으로 이를 관측하여, 어디서 어느 만큼의 감마선이 왔는지를 측정할 수 있다.
2018년 5월 22일 TYC 278-748-1이 소행성에 의해 가려졌을 때 애리조나주 프레드 로렌스 위플 천문대의 베리타스VERITAS 망원경은 바로 이런 관측을 해냈다.
이 천문대의 망원경들은 초당 300회 이상 별빛의 밝기를 측정했고, 소행성에 가려져 어두워지면서 나타나는 밝기 변화를 토대로 별의 크기를 매우 정확하게 계산할 수 있었다.
이 별의 크기는 정확히 태양의 2.173 배로, 지금까지 측정된 별 중 가장 작은 별이었다.
추후 망원경 네트워크와 관찰 방법이 개선된다면 앞으로 더 많은 별의 크기를 정확히 측정할 수 있을 것이다.
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