최초의 '보손 별' 발견?

 

유럽우주국(ESA)의 가이아 위성에서 관측된 특이한 항성계가 있는데요. 예전에는 하나의 별이 블랙홀 주변을 공전하고 있는 간단한 상황으로 여겨졌습니다. 하지만 이것이 암흑 물질의 강력한 후보인 '보손별'일 가능성이 있다는데요.

블랙홀이라고 칭하기에는 보여지는 증거들이 맞지 않다는 주장이 있습니다. 이것이 보손으로 이루어진 '보손별'이라면 이를 최초로 발견한 셈인데요. 이 연구는 4월 18일에 arXiv에 게재되었습니다.  https://arxiv.org/abs/2304.09140

 

이 별계 자체는 태양과 유사한 크기를 가진 별과 무언가로 이루어져 있습니다. 이 별은 태양의 무게보다 약간 가벼우며, 화학적 풍부도도 태양과 거의 같습니다. 이 동반자는 훨씬 더 질량이 큰데, 대략 11개의 태양 질량을 가지고 있습니다. 이 물체들은 서로 1.4천문단위(화성이 태양 주위를 공전하는 거리와 비슷한 거리)를 공전하며, 188일에 한 번의 완전한 공전을 완료합니다.

이 보이지 않는 천체는 지금까지 블랙홀일 것으로 생각되어왔습니다. 공전 관측 면에서는 그러한 가설이 쉽게 부합하지만, 이 가설에는 문제점이 있다고 합니다. 블랙홀은 매우 거대한 별들의 죽음으로 형성되는데, 이러한 상황이 발생하려면 태양과 같은 별이 그러한 거대한 별과 함께 생성되어야 합니다. 절대로 불가능한 일은 아니지만, 현재 관측되고 있는 현상과 부합하기 위해서는 매우 정교한 조율이 필요하다고 합니다.

따라서 이번 연구에서 제안한 것처럼, 이 어두운 공전 동반자가 보손 물질로 이루어진 더욱 특이한 물체일 수도 있다는 가능성이 제기되었습니다. 암흑 물질은 우리가 관측하는 각 은하의 대부분 질량을 차지하는 관측되지 않는 형태의 물질입니다. 우리는 여전히 그 정체를 확실하게 이해하고 있지 않습니다. 대부분의 이론적 모델은 암흑 물질이 각 은하 내에서 매끄럽게 분포되어 있다고 가정하지만, 암흑 물질이 스스로 덩어리를 이룰 수도 있다는 모델도 있습니다.

 

 

이러한 모델 중 하나는 암흑 물질이 새로운 유형의 보손으로 구성되어 있다는 가설입니다. 보손은 자연력을 전달하는 입자들입니다. 예를 들어, 광자는 전자기력을 전달하는 보손입니다. 표준 모델의 한정된 종류의 보손들을 우리는 알고 있지만, 원칙적으로는 우주에 더 많은 종류의 보손이 존재할 수 있습니다.

이러한 보손들은 힘을 전달하지는 않지만, 여전히 우주를 가득 채울 수 있습니다. 더 중요한 것은, 이러한 보손들은 큰 덩어리를 형성할 수 있는 능력을 가지고 있다는 점입니다. 이러한 덩어리 중 일부는 전체 별계의 크기와 비슷할 수 있지만, 일부는 훨씬 더 작을 수도 있습니다. 가장 작은 보손 덩어리는 별과 같은 크기가 될 수 있으며, 이 가상적인 물체들은 '보손별'이라는 새로운 이름을 얻게 됩니다.

보손별은 완전히 보이지 않을 것입니다. 암흑 물질은 다른 입자나 빛과 상호작용하지 않기 때문에, 우리는 그들의 주변에 미치는 중력적인 영향을 통해서만 그들을 감지할 수 있습니다. 예를 들어, 일반적인 별이 보손별 주위를 공전하는 경우와 같은 현상을 통해 이것을 탐지할 수 있습니다.

이것은 과연 보손별일까요? 아니면 그냥 블랙홀일까요? 혹은 다른 어떤 천체일까요?