초신성 폭발 '극초기 구조', 편광 관측으로 첫 규명

적색 초거성이 초신성으로 폭발하면서 내부 충격파가 별의 외피를 처음으로 뚫고 나오는 '충격파 돌파(shock breakout)' 단계에서, 폭발 물질의 극초기 기하구조(geometry)가 편광 관측 데이터를 통해 규명됐다.

'충격파 돌파'는 초신성 폭발로 생성된 충격파가 별의 표면을 통과하며 빛을 방출하는 매우 짧은 초기 단계로, 포착이 어려운 과정으로 알려져 있다.

지구에서 약 2천200만 광년 떨어진 나선은하 NGC 3621에서 2024년 4월 10일 발견된 초신성 'SN 2024ggi'는 폭발 전, 태양 질량의 약 12~15배, 반지름은 500배에 이르는 적색 초거성이었던 것으로 분석됐다.

연구진은 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경 VLT(FORS2) 장비로 분광·편광 관측을 수행해, 폭발 직후 방출된 빛의 편광 변화를 분석했다.

편광 관측은 빛의 진동 방향 변화를 측정해 물질 구조의 대칭성 여부를 파악하는 기법으로, 연구진은 이 관측 데이터를 바탕으로 충격파가 외피를 통과하는 극초기 단계에서 폭발 물질의 초기 기하구조를 재구성하는 데 성공했다.

관측 결과 초기 폭발 물질은 비유적으로 '올리브형' 구조를 보였고, 이후 평탄화되었지만 축대칭 구조는 유지된 것으로 나타났다. 연구진은 이 같은 극초기 기하구조 분석이 이번에 처음 확보된 관측값이라고 밝혔다.

연구진은 이번 결과가 초신성 폭발의 초기 물리 과정을 규명하는 데 중요한 근거가 될 것으로 평가했다.

참고: ESO, Science Advances(2025), DOI: 10.1126/sciadv.adx2925

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최순호 영상기자 csho@etnews.com