베텔게우스가 한 세기 동안 숨겨온 동반성이 마침내 촬영됐다

위대한 별은 모두 비밀을 품고 있다. 오리온자리의 어깨에 위치한 적색 초거성 베텔게우스는 역사상 가장 많이 관측된 별 중 하나로서, 약 100년 동안 비밀 하나를 간직해왔다. 천문학자들은 이 별에 동반성이 있을 것이라고 예상해왔다. 그들은 그 존재를 예측했다. 질량과 궤도를 모델링했다. 하지만 올해까지 직접 보지는 못했다.

그 이미지는 극적이지 않다. 2024년 12월, 칠레 아타카마 사막에 있는 ESO의 초거대망원경(Very Large Telescope)에 장착된 SPHERE 장비로 포착된, 베텔게우스 자체보다 약 3만 배 어두운 단일 밝은 점일 뿐이다. 그 점 뒤에는 100년에 걸친 물리학과 의혹이 자리잡고 있으며, 파리 천문대(Observatoire de Paris)의 수석 연구원 미겔 몽타르제스(Miguel Montargès)의 말에 따르면, 과학자들이 의자에서 펄쩍 뛰게 만드는 순간이 담겨 있다.

탐지 방법

SPHERE는 이 용도로 만들어진 장비가 아니다. 이 장치는 모항성의 압도적인 빛을 억제하여 외계행성을 탐지하도록 설계되었다. 베텔게우스의 동반성은 그 문제의 특정 버전을 제시했다. 베텔게우스는 태양 지름의 약 700배이며, 밝기 차이가 3만 대 1이므로 어떤 동반성이라도 그 빛 속에 숨는다.

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동반성의 신호를 분리하기 위해 팀은 먼저 올바른 기하학적 배치가 필요했다. 동반성은 지구에서 볼 때 베텔게우스로부터 최대 각분리 거리에 있어야 했다. 즉, 두 천체가 하늘에서 가장 멀리 떨어져 있는 순간이었다. 그 기회의 창은 2024년 12월에 열렸다. 팀은 이후 수개월 동안 데이터를 처리하며 베텔게우스의 기여를 픽셀 하나하나 제거했고, 마침내 희미한 이차 광원이 나타났다. 그 광원은 비공식적으로 ‘시와르하(Siwarha)’라고 명명되었으며, 100년간의 항성 모델에서 빠져 있던 천체이다.

베텔게우스 B의 정체

동반성은 대부분의 모델이 예측한 것보다 더 무거운 것으로 밝혀졌다. 초기 추정치는 태양 질량 근처에 두었지만, 새로운 데이터는 2~3배 더 무거운, 뜨겁고 푸른 B형 주계열성임을 가리킨다. 추정 공전 주기는 베텔게우스 주위를 약 6년에 한 바퀴 도는 것이다.

그 질량은 발견의 중요성을 바꾼다. 이 크기의 동반성은 수동적 방관자가 아니다. 이 별은 베텔게우스가 항성풍을 통해 질량을 방출하는 방식, 적색 초거성의 외부 층이 움직이는 방식, 그리고 궁극적인 초신성 전개 방식에 영향을 미친다. “이 동반성이 적색 초거성의 진화에 영향을 미칠지 여부가 진정으로 의문으로 열렸습니다.”라고 몽타르제스가 말했다.

100년의 의혹

베텔게우스가 혼자가 아니라는 생각은 약 100년 전으로 거슬러 올라간다. 당시 천문학자들은 이 별의 주기적 밝기 변화가 별 자체의 맥동만으로는 설명하기 너무 복잡하다는 점을 알아챘다. 중력적 동반성은 그 변동성의 일부를 설명할 수 있다. 즉, 베텔게우스의 외부 층을 끌어당겨 광도 곡선에 불규칙성을 추가하는 것이다.

베텔게우스는 별개의 이유로 이미 하늘에서 가장 많이 관측되는 별 중 하나이다. 앞으로 10만 년 이내에 초신성 폭발을 일으킬 것이기 때문이다. 그 폭발이 일어나면 지구에서 잠시 동안 낮에도 볼 수 있을 정도로 밝아질 것이다. 2019~2020년의 ‘대감광(Great Dimming)’ 사건에서 베텔게우스가 극적으로 어두워지면서 전 세계의 관심을 끌었지만, 몽타르제스 팀은 그 원인이 베텔게우스 표면에서 대규모 먼지 방출이 일어난 것임을 보여주었다. 임박한 붕괴 때문이 아니었다.

동반성은 그 역사에 새로운 변수를 추가한다. 쌍성계는 단일성과 다르게 진화한다. 시와르하의 존재는 베텔게우스의 질량 손실 역사, 자전, 그리고 언젠가 일어날 폭발의 기하학적 구조에 대한 모델에 불확실성을 도입한다.

이것으로 해결되지 않는 것

“이것은 100년에 걸친 탐구의 결론입니다.”라고 몽타르제스가 말했다. 그러나 탐색은 끝나지 않았다. 이 이미지는 동반성의 존재에 대한 가장 강력한 증거이지만, 최종 확인은 아니다. 베텔게우스 B가 우연히 근처에 위치한 배경별이 아니라 물리적으로 적색 초거성 주위를 공전하고 있다는 것을 확신하려면 팀은 두 번째 관측이 필요하다. 추정 공전 주기가 6년이므로, 동반성은 약 1년 후에 베텔게우스 반대편에 나타나야 한다. 그렇게 된다면 해석은 명확해진다.

중력적 결속 여부도 아직 해결되지 않았다. 동반성의 위치는 모델이 궤도의 이 단계에서 예측한 위치와 일치한다. 강력한 정황 증거다. 그러나 그 예측을 확인하려면 후속 측정이 필요하다.

베텔게우스의 초신성에 대한 함의는 아직 계산 불가능하다. 궤도 거리, 정확한 질량비, 두 별 사이의 조석 상호작용 정도가 모두 확립되어야 시와르하를 현실적인 폭발 시나리오에 포함시킬 수 있다. 이 발견은 질문을 열었을 뿐, 답을 주지는 않는다.

베텔게우스와 그 동반성에 관한 자주 묻는 질문

베텔게우스는 언제 초신성 폭발을 일으킬까? 앞으로 10만 년 이내지만, 추정치는 큰 불확실성을 수반한다. 완전한 모델을 가지고도 항성 사망 시점을 예측하는 것은 정말로 어렵고, 동반성의 존재는 기존 예측에 포함되지 않은 새로운 변수를 도입한다.

베텔게우스 B가 초신성에 영향을 미칠 수 있을까? 가능하다. 쌍성 동반성은 별의 자전 속도, 질량 손실률, 외부 외피의 기하학적 구조를 바꿀 수 있다. 이러한 요소들은 폭발의 에너지와 형태를 결정한다. 연구자들은 궤도 매개변수가 완전히 확립되지 않았기 때문에 아직 그 영향을 정량화할 수 없다.

2019~2020년 대감광의 원인은 무엇인가? 베텔게우스가 자체 표면에서 방출한 먼지 구름이다. 동반성은 원인으로 지목되지 않았으며, 둘 사이의 연관성(있다면)은 여전히 열린 질문이다.

베텔게우스는 얼마나 멀리 있는가? 약 700광년이다. 결국 초신성 폭발은 지구에서 낮에도 볼 수 있겠지만, 그 거리에서는 위험하지 않다. 위험한 감마선 폭발을 일으킬 수 있는 가장 가까운 별들은 훨씬 더 가깝고 방향도 다르다.

몽타르제스 팀은 2025년 후반에 베텔게우스를 다시 관측하여 시와르하가 궤도 반대편에 나타나는지 지켜볼 예정이다. 만약 동반성이 6년 궤도 모델이 예측한 위치에 나타난다면, 100년에 걸친 가설은 확인된 사실이 된다.

Montargès et al., “VLT/SPHERE imaging of the candidate companion of Betelgeuse,” Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI: 10.1051/0004-6361/202661023

태그: ESO, Supernova, Betelgeuse, Miguel Montargès, SPHERE instrument, stellar evolution

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