초신성은 별의 일생에서 마지막 단계로 거대한 폭발을 일으키면서 죽어가는 별들을 말한다. 초신성의 관측으로부터 우주의 가속 팽창을 어떻게 알 수 있는가에 대한 의문을 풀기 위해 초신성의 특성을 알아보자.
초신성은 폭발하는 형태와 발산하는 형태로 나누어지는데, 그중에서 1a형으로 분류되는 초신성은 매우 독특한 특성을 가지며, 이는 백색왜성의 폭발이라는 특별한 현상과 관련이 있다. 하나의 별이 핵융합 과정을 끝내면 폭발성 팽창을 통해 외곽부 물질들은 우주 공간으로 흩어져 나가고 중심부 물질들은 강력한 수축을 통해 백색왜성이 만들어질 수 있다. 강력한 수축으로 형성된 백색왜성은 물질의 밀도가 매우 높으며 이로부터 생기는 압력으로 별 자체의 중력을 견디며 평형 상태를 유지한다.
그런데 물리적 계산에 의하면 이 백색왜성의 질량은 태양의 1.44배를 넘을 수 없다. 만약 이보다 약간이라도 더 무거운 질량을 갖게 되면, 백색왜성은 자체 중력에 의한 수축이 일어나고 이때 생기는 열 에너지에 의해 핵융합이 일어나면서 엄청난 초신성 폭발 현상이 생긴다. 1933년 찬드라세카르는 이와 같은 결과를 포함한 별의 최후에 대한 연구 내용을 발표하고 1933년 파울러와 함께 무거운 별의 후기 진화 단계에 대한 이론을 만든 공로로 노벨 물리학상을 받았다.
질량이 태양보다 1.44배만큼 큰 하나의 백색왜성이 또 다른 별과 함께 짝을 이루는 쌍성을 생각해 보자. 짝을 이룬 하나의 다른 별이 적색거성이라는 큰 별로 진화하면 이 별의 물질들이 두 별이 이루는 중력장을 따라 백색왜성으로 유입될 수 있다. 백색왜성에 외부의 질량이 더해지면 백색왜성은 더 이상 자체 중력을 이기지 못하고 초신성으로 폭발하게 되는데, 이러한 경우를 1a형 초신성이라고 한다.
1a형 초신성은 폭발 2~3주 후에 최대로 밝아지는데, 이때 밝기는 1 등성 별보다 1억 배 정도 밝다. 이러한 1a형 초신성은 우주 공간을 채우고 있는 수많은 은하 안에서 수시로 나타나며, 매우 짧은 시간에 엄청나게 밝게 관측되기 때문에 100억 광년 떨어져 있는 은하도 직접 관측할 수 있다. 먼 거리에 떨어져 있는 은하들 내의 1a형 초신성들의 밝기를 확인하면 각 은하들의 거리를 직접 측정할 수 있는 것은 물론이고, 빛의 스펙트럼을 확인하고 분석하면 각 은하들의 운동 속력을 측정할 수 있다.
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