CHARA 망원경의 북극성 이미지(메인)와 꼬리 끝에 북극성이 있는 작은곰자리의 이미지(작은 원). / GEORGIA STATE UNIVERSITY ·CHARA ARRAY

오랜 세월 동안 항해자들의 길잡이 역할을 해온 북극성(Polaris). '작은곰자리 α(α Ursae Minoris)'로도 불리는 이 별은 지구의 하늘에서 북극 바로 위에 위치해 방향을 잡기에 딱 맞다. 과학자들이 이제야 북극성 표면에서 밝고 어두운 얼룩 같은 점들을 발견했다. 또한 북극성의 크기와 무게도 좀더 정확하게 측정해냈다. 지구에서 약 430광년 떨어진 북극성의 고해상도 이미지를 최초로 수집한 덕분이다.

스페이스닷컴 등 우주 매체에 따르면, 북극성 표면에 태양 흑점과 유사한 반점이 'CHARA(고해상도천문학센터) 배열' 망원경 시스템으로 수집한 이미지에서 드러났다. 미국 조지아주립대학교의 CHARA 배열은 여섯 개의 망원경이 벌집처럼 협력하여 작동하며, 광 데이터를 중앙 시설에서 결합해 하나의 선명한 이미지를 제공한다. 과학자들은 CHARA 배열 덕분에 북극성의 표면을 고해상도로 관찰할 수 있었으며, 북극성의 물리적 특성을 더 잘 이해할 수 있게 됐다. 

'세페이드 변광성(Cepheid variable)'인 북극성은 4일 주기로 밝아졌다 어두워진다. 천문학자들은 이 별들을 맥동(pulsation) 주기의 길이에 따라 실제 밝기가 결정되기 때문에 '표준 촛불'로 사용한다. 더 밝은 별은 더 희미한 별보다 맥동이 더 느리다. 변광성은 우주 거리 측정에도 중요한 역할을 한다. 북극성은 삼중성계(triple star system)의 일부로, 형제 별 중에서 가장 밝다. 주성인 북극성 A는 거대한 황색 초거성, 북극성 B와 북극성 Ab는 작은 동반성이다.

북극성을 중심으로 북극 주위의 별들의 움직임을 몇 시간 동안 포착한 사진. / NASA·Preston Dyches

CHARA 배열의 관측 결과, 북극성 표면에 크고 밝은 점과 어두운 점이 시간이 지남에 따라 변화하는 것이 드러났다. 북극성이 평범한 별이 아니라는 사실을 다시 한번 확인시켜 준 셈이다. CHARA는 30년마다 한번씩 북극성을 도는 별의 궤도를 지도로 만드는 게 목적이다. 이 별은 북극성에 매우 가까이 떠 있으며, 동반성도 매우 희미하다. 동반성은 2005년께 허블우주망원경 덕분에 존재가 확인된 바 있다.

이번 연구는 북극성의 크기를 확인했다. 북극성의 지름은 태양의 약 92배에 해당한다. 또 북극성이 태양보다 약 5배 더 무거울 수 있을 것으로 추정했다. 이는 지금까지 추정됐던 규모보다 무거운 질량이다. 연구 저자들은 "질량과 거리를 결합하면 세페이드 변광성이 진화 경로에서 예측된 것보다 더 밝은 것으로 나타난다"고 설명했다.

북극성의 반점이 보이는 영역과 별이 회전하는 속도가 120일의 반경 속도 변동을 시사하는 것으로 보인다. 이는 관측자의 시선을 따라 보이는 물체의 속도 변화를 의미하며 또 다른 수수께끼를 던져준다.

이번 연구의 공동 저자인 존 모니어 교수(미시간 대학교 천문학과)는 "우리는 앞으로도 북극성을 계속해서 관측할 계획이다. 북극성 표면에 반점을 생성하는 메커니즘을 더 잘 이해할 수 있기를 바란다"고 말했다. 이 연구는 8월 20일 '천문학 저널(Astrophysical Journal)'에 실렸다.