쌍성

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허블 우주망원경의 시리우스 사진. 시리우스 B(아래 왼쪽)를 구분할 수 있다.

쌍성(雙星) 또는 연성은 두 항성이 공통의 질량중심 주위로 공전하는 항성계이다. 각 별에 있어서 다른 별은 동반성이라 불린다. 밝은 별은 주성이라고 한다. 최근의 연구에 의하면, 다수의 별들이 다연성계에 속한다. 쌍성계는 천체물리학에 있어 매우 중요한데, 이는 이들의 상호 궤도를 관측하면 이들의 질량을 알 수 있기 때문이다. 개개의 별들의 질량은 쌍성으로부터의 추정에 의해 결정될 수 있다.

쌍성은 광학적 '이중성'과는 다른데, 이중성은 지구에서 보았을 때 서로 가까와 보이는 것으로, 중력으로 묶여있지 않을 수 있다. 쌍성은 광학적으로 구분될 수 있으며(안시쌍성), 분광학(spectroscopy) 같은 간접적인 방법을 사용할 수도 있다. 쌍성이 시선방향을 포함한 궤도를 공전하면 이들은 식(eclipse)을 일으키는데, 이들을 식쌍성(eclipsing binaries)이라고 한다.

다중성으로 알려진, 두 개 이상으로 구성된 계(system)는 비교적 흔하며, 같은 명칭으로 분류된다. 쌍성계의 별들은 질량을 교환하여 단독성이 홀로 다다를 수 없는 형태로 진화하기도 한다. 쌍성계의 예로는 알골(식쌍성), 시리우스, 고니자리 X-1(한쪽 별이 블랙홀로 의심된다.) 등이 있다.

두 별이 매우 가까이 붙어있는 것을 근접쌍성이라고 한다.

[편집] 용어의 유래

쌍성(binary star)이라는 단어는 1802년 윌리엄 허셜에 의해 도입되었다. 그는 쌍성의 정의를 '실질적인 이중성-중력의 법칙에 의해 하나의 계(系)로 형성된, 두 별의 집합체'라고 내렸다. 가까이 붙어 있는 것처럼 보이는 별들을 이중성(double star)이라고 부르며, 가장 유명한 예로는 큰곰자리(북두칠성)의 미자르와 알코르가 있다. 그러나 지구에서 바라보았을 때 가까이 붙어 있는 것처럼 보인다고 해서 모두 쌍성은 아니다. 바라보는 관측자의 시선 방향에 두 별이 나란히 있을 경우, 실제로 멀리 떨어져 있지만 가까이 있는 것으로 착각할 수도 있는 것이다. 이처럼 실제로는 중력으로 묶이지 않은 이중성을 광학적 쌍성(optical binaries, optical pairs)이라고 부른다. 망원경의 성능이 향상되면서 안시 쌍성이 많이 발견되었다. 1780년 허셜은 쌍성으로 추측되는 700개의 이중성들을 관측했고, 그들의 이격과 방위를 기록했다. 이후 20년에 이르는 관측 기간 동안 이들 중 약 50개에 이르는 이중성들의 방위가 변화한 것을 찾아냈다.^[1]^[2]

실질적인 쌍성은 두 별이 중력으로 묶여 있는 것을 말한다. 이들 두 별을 성능이 좋은 망원경(경우에 따라 간섭계를 이용할 수도 있다)을 통해 분리하여 관측할 수 있을 경우, 이들을 안시쌍성(visual binaries)으로 부른다.^[3]^[4]

때로는 두 별이 매우 가까이 붙어 있기 때문에 도플러 효과를 이용해야만 두 별이 분리되어 있음을 알 때도 있다. 이와 같은 쌍성을 분광쌍성(spectroscopic binaries)이라고 부른다. 분광쌍성의 각 구성원은 질량중심을 따라 공전하면서 관측자의 시야에서 멀어졌다가 가까워졌다가를 반복한다. 관측자에게서 멀어지면 분광선상으로 붉은 색이, 가까워지면 푸른 색이 나타난다.

만약 쌍성의 궤도가 지구 관측자의 시선 방향과 나란히 있다면, 한 쪽 별이 다른 쪽 별을 일부 또는 전체를 가리기도 한다. 이런 쌍성계를 식쌍성(eclipsing binary)이라고 한다. 대표적인 예로 알골이 있다.^[5]