천문학자들이 거대 별의 유출물, 즉 항성풍이 그 작은 동반성에 의해 포획되고, 그 동반성이 훔친 물질을 이용해 강력한 X선 플레어를 일으키는 모습을 직접 관측했다. NASA가 우주가 어떻게 돌아가는지 이해하려는(그리고 우리의 문제가 얼마나 작은지 상기시키려는) 지속적인 노력의 일환인 이 연구는 일본 주도의 XRISM(X선 이미징 및 분광 임무) 관측소의 데이터를 사용했다.

"우리는 항성풍 플라스마가 작은 천체로 떨어지는 명확한 징후를 이전에 본 적이 없습니다,"라고 UMBC(메릴랜드 대학교 볼티모어 카운티) 및 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터의 연구원인 로이 라힌이 말했다. "이제 우리는 이러한 과정에 대한 이해를 훨씬 더 자세히 테스트할 수 있습니다." 이 발견은 금요일 학술지 《사이언스 어드밴시스》에 게재되었다.

문제의 시스템은 BP 크루시스로, 남쪽 별자리 크룩스에 약 13,000광년 떨어져 있는 고질량 X선 쌍성계다. 주성인 Wray 977은 태양 질량의 약 40배, 크기의 60배에 달하는 청색 초거성이다. 너무 크고 뜨겁고 밝아서 이온화된 가스가 끊임없이 흘러나온다. 천문학자들은 이를 항성풍이라고 부르는데, '거대한 우주 방귀'는 동료 심사를 통과하지 못했기 때문이다.

동반성은 GX 301-2라는 작지만 강력한 중성자별이다. 오래전 초신성으로 폭발한 별의 압축된 핵으로, 태양 질량 이상을 지름 약 12마일(20킬로미터)의 공에 담고 있다. 11분마다 자전하며 X선 빔을 지구 쪽으로 휩쓸어 보내는데, 이는 우주에서 가장 과성취한 등대인 펄서다.

펄서의 41.5일 공전 궤도 동안 주성에 가장 가까운 지점과 가장 먼 지점 근처에서 두 번, 강력한 X선 플레어가 며칠 동안 발생한다. 천문학자들은 펄서가 별에 미치는 중력 영향이 특히 밀도 높은 플라스마 흐름을 만든다고 생각한다. 플레어는 펄서가 이 흐름을 통과하며 일부 물질을 포획할 때 발생한다. 가장 강한 폭발은 흐름이 더 밀도 높은 별에 가까운 곳에서 일어난다.

연구진은 2025년 2월 1일 XRISM으로 이 시스템을 관측하여 이러한 더 강한 플레어 중 하나가 끝날 무렵 약 16시간 동안 관측했다. NASA와 JAXA(일본 우주항공연구개발기구)가 공동 개발한 관측소의 Resolve 기기는 매우 상세한 X선 스펙트럼을 포착하여 빠르게 변하는 방출선과 흡수선을 드러냈다. 특히 고도로 이온화된 철의 흡수선은 펄서에 비교적 가까운 플라스마의 속도와 방향을 밝혀냈다.

라힌이 이 스펙트럼을 처음 보았을 때, 그는 이런 것을 본 적이 없다는 것을 깨달았다. 그는 비슷한 관측을 찾아 과학 문헌을 샅샅이 뒤졌지만 아무것도 찾지 못했다. 제대로 된 배관공을 찾으려 애쓴 사람이라면 누구나 아는 느낌이었다.

"이 관측이 획기적이라는 것은 분명했지만, 동시에 분석이 특히 상세해야 한다는 것을 의미했습니다,"라고 UMBC와 NASA 고다드에 있다가 현재 인도 마니팔 자연과학센터의 조교수인 공동 저자 나즈마 이슬람이 말했다. "우리는 밀도 높은 플라스마 흐름이 중성자별에 매우 가까이에서 어떻게 작용하는지 볼 수 있었습니다."

라힌과 그의 팀은 그들이 관측한 철 흡수선이 실험실에서 측정했을 때보다 더 낮은 에너지로 이동했음을 보여준다. 적색편이라고 불리는 이 이동은 관측자로부터 멀어지는 운동을 나타내며, 이는 가스가 펄서 쪽으로 흐르고 있음을 의미한다. 적색편이의 정도는 플라스마의 속도를 나타낸다. 팀의 분석에 따르면 가스는 시속 약 335,000마일(시속 540,000킬로미터)의 속도로 펄서를 향해 돌진하고 있다. 이는 총알보다 약 100배 빠르거나, 월요일 아침 출근길과 맞먹는다.

연구진이 생각하는 상황은 이렇다: 펄서가 흐름에 들어가면 가스를 두껍고 지저분하고 난류적인 원반으로 휩쓸어 모은다. 이 가스는 펄서로 나선형으로 떨어지며 가열되고 X선을 방출하여 플레어를 일으킨다. 펄서가 흐름 속으로 더 깊이 밀고 들어가면 난류 원반이 붕괴된다. 천문학자들은 펄서가 흐름 속으로 더 직접적으로 이동함에 따라 흐름이 더 이상