‘해파리성운’도 혼자가 아니었다…쌍성계 두 별, 시간차 초신성 폭발 첫 확인

발견: 형제 초신성계

미하일리디스 연구팀의 논문은 2026년 7월 『네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)』에 게재됐다. 연구진은 NASA 페르미 감마선 우주망원경의 16년 치 데이터를 엑스선, 가시광선, 전파 관측 자료와 결합해 분석했다. 그 결과 두 초신성 잔해가 단일 쌍성계의 화석 잔해일 가능성이 매우 높다는 결론을 내렸다. 이는 지금까지 관측된 적 없는 시나리오다.

별의 쌍: 거대하고 짧은 수명

두 모체 별은 각각 태양 질량의 20배 이상인 O형 또는 상위 B형 별이었다. 이들은 생애를 초신성 폭발로 마감하는 대표적인 무거운 별들로, 수명은 길어야 수천만 년에 불과하다.

위치와 거리

두 잔해는 지구로부터 약 6,000광년 떨어진 쌍둥이자리 방향에 있다. 하늘에 투영된 두 폭발 중심 간 거리는 약 40광년으로, 이 시스템의 격변적 역사를 보여주는 핵심 단서다.

폭발의 순서

먼저 폭발한 것은 G189.6+3.3로, 동반성보다 약 10만 년 앞서 폭발했다. 첫 번째 별이 폭발하면서 강력한 '탄생 킥(natal kick)'을 받은 동반성은 쌍성계에서 튕겨 나갔다. 그 별은 수만 년 동안 우주를 떠돌다 핵연료가 바닥나 초신성 폭발을 일으켰고, 그 결과 더 젊은 **해파리성운(IC 443)**이 탄생했다.

IC 443의 정확한 나이는 아직 불확실하며, 추정치는 3,000년에서 3만 년 사이다. 이번 연구의 최적 연령 추정치는 이 범위 중 젊은 쪽에 가깝다.

연결 증거: 감마선 관측

가장 결정적인 증거는 감마선 관측에서 나왔다. 두 잔해가 동일한 성간 수소 구름과 상호작용하고 있다는 사실이 밝혀지면서 공간적 연관성이 확인된 것이다. 앞서 SRG/eROSITA 망원경의 엑스선 연구에서도 G189.6+3.3이 IC 443과 완전히 겹쳐 있으며 유사한 0.7 keV 플라즈마 성분을 공유한다는 점이 보고된 바 있다.

이론적 의의

이 발견은 거대 쌍성계의 두 구성원이 각각 핵 붕괴 초신성을 일으킬 수 있다는 이론적 시나리오를 최초로 관측으로 확인한 사례다. 첫 번째 초신성 폭발의 '탄생 킥'이 중력으로 묶인 쌍성을 떼어놓고 각각 독립적인 초신성 잔해를 남길 수 있다는 점도 실증적으로 확인됐다. 또한, 감마선 천문학이 더 밝은 이웃에 가려진 희미한 초신성 잔해까지 식별할 수 있는 강력한 도구임을 입증했다.

주의할 점

연구진은 이번 발견이 강력하지만 여전히 간접적인 증거에 기반한다고 신중한 입장을 밝혔다. 두 잔해가 실제로는 무관하지만 시선 방향이 우연히 겹친 것일 가능성을 완전히 배제할 수는 없다. 그러나 동일 분자운과의 상호작용, 일관된 거리 추정, 그리고 쌍성 이탈 시나리오의 타당성을 고려할 때, 이는 지금까지 발견된 쌍성계 초신성계 후보 중 가장 유력한 사례다.

향후 전망

이번 발견은 더 많은 '형제 초신성계'를 찾을 수 있는 길을 열었다. 무거운 별들이 쌍성계를 이루는 경우가 매우 흔하다는 점을 고려하면, 앞으로 더 많은 사례가 감마선 및 다파장 관측을 통해 확인될 것으로 기대된다.