국제 연구팀이 우주 초기의 가상 잔해인 원시 블랙홀이 백색 왜성을 Ia형 초신성으로 폭발시키고 있을 수 있다는 사실을 발견했다. 우주가 필요로 했던 것은 정확히 그런 것, 더 많은 폭발이었다. 《천체물리학 저널》에 게재된 이 연구는 또한 이러한 특이한 폭발이 은하수에서 관측되는 별들의 수수께끼 같은 화학적 풍부함 패턴을 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 제안한다.

원시 블랙홀(PBH)은 우주 급팽창 동안 물질 분포의 미세한 요동이 증폭되면서 형성된 것으로 여겨진다. 그것들은 오랫동안 암흑 물질의 후보로 제안되어 왔다. 암흑 물질은 우주 질량의 약 90%를 차지한다고 추정되는 보이지 않는 물질이다. 왜냐하면, 물론, '비밀리에 폭발하는 별'을 암흑 물질이 할 수 있는 일 목록에 추가하지 않을 이유가 없기 때문이다.

제안된 메커니즘은 다음과 같다: 원시 블랙홀이 우주를 여행하면서 때때로 백색 왜성(저질량 별이 연료를 다 쓴 후 남는 밀집된 항성 잔해)을 통과할 수 있다. 블랙홀의 중력은 별 내부에 강력한 조석력을 생성하여 별을 불안정하게 만들고 Ia형 초신성(SNe Ia)으로 폭발하게 한다. Ia형 초신성은 극도로 밝은 폭발로, 일반적으로 백색 왜성이 불안정해져서 폭주하는 열핵 반응을 겪을 때 발생한다고 여겨진다. 하지만 '일반적으로 여겨지는' 것이 필요한가? '작은 블랙홀에 의해 유발되었을 가능성'이 있다면.

이 연구는 SUNY 폴리테크닉 연구소의 조교수이자 도쿄 대학 카블리 우주 물리학 수학 연구소(Kavli IPMU)의 객원 부연구원인 슁치 렁(Shing-Chi Leung)이 주도했다. 팀에는 Kavli IPMU 객원 선임 연구원 노모토 켄이치(Ken'ichi Nomoto)와 Kavli IPMU 선임 연구원 알렉산더 쿠센코(Alexander Kusenko)도 포함되어 있었다. 그들은 제안된 PBH 유발 폭발 채널을 통해 생성된 초신성의 운동, 밝기, 화학적 특성을 조사했다.

2025년에 발표된 이전 논문에서 팀은 PBH 유발 폭발이 표준 모델에 의해 생성된 것과 매우 유사한 특성을 가진 SNe Ia를 생성할 수 있음을 보여주었다. 새로운 연구를 위해 그들은 자신들의 모델을 여러 잘 알려진 초신성 잔해(티코, 케플러, 3C 397), 근처 초신성(예: SN 2011fe, SN 2012cg) 및 은하수 별의 화학적 풍부함과 비교했다. 그들의 결과는 PBH 유발 SNe Ia가 이러한 초신성과 그 잔해에서 관측된 여러 특성을 재현할 수 있음을 보여주었다.

연구자들은 Ni-56, Ni-57과 같은 방사성 동위 원소와 Mn, Ni와 같은 안정 원소를 조사했다. 이러한 화학적 특징을 통해 그들은 폭발을 일으킨 별의 질량과 금속성을 추정할 수 있었다. 금속성(별이 형성될 때의 금속 양으로, 별이 우주 시대에 언제 태어났는지를 알려줌)은 별이 형성된 시기와 그 시점의 우주 화학적 조건에 대한 단서를 제공한다. (천문학에서 '금속'은 수소와 헬륨보다 무거운 원소를 의미한다. 천문학자들은 자신들만의 정의를 가지고 있기 때문이다.)

팀은 또한 초신성 모델을 사용하여 이 폭발 메커니즘이 은하 화학적 농축에 어떻게 기여할 수 있는지 탐구했다. 초신성은 새로 형성된 원소를 우주로 방출하며, 이 원소들은 나중에 새로운 별과 행성의 일부가 될 수 있다. 분석 결과 은하수 전역의 별에서 관측된 화학적 풍부함 경향을 설명하려면 PBH 유발 SN Ia의 0이 아닌 비율이 필요할 수 있음을 시사한다. 이는 원시 블랙홀이 유발한 항성 폭발을 통해 우리 은하의 화학적 진화에 영향을 미쳤을 수 있음을 시사한다.

렁은 "우리의 연구는 하늘에서 관측되는 일부 초신성이 PBH의 결과일 수 있음을 시사한다. 따라서 이러한 파악하기 어려운 존재를 직접 관측할 수는 없지만, 그것들은 자연 속에 그 특성을 조사할 수 있는 많은 흥미로운 단서를 남긴다"고 말했다. 연구자들은 PBH가 어떻게 초신성과 은하 화학적 진화에 영향을 미치는지에 대한 이해를 넓히기 위해 조사를 확대할 계획이다.