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[표지로 읽는 과학] 우주에서 들려오는 굉음, 중성자별 때문?

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2018년 01월 15일 14:30 프린트하기

네이처 제공
네이처 제공

‘네이처’ 최신호 표지에는 아레시보 천문대의 라디오파열음(FRB)을 관측하는 윌리엄고든망원경이 실렸다. 라디오파열음은 천체로부터 지구에 도달한 복사파 중 수천 분의 1초에 불과한 짧은 시간 동안 관측되는 빠른 전파로 2005년 처음 발견됐다. 그러나 10년이 넘도록 그 원인과 정체가 알려지지 않아 ‘우주 굉음’ ‘외계인 소리’ 등으로 불려 왔다.

 

이런 가운데 최근 라디오파열음 발생 원인에 대한 새로운 단서가 발견됐다. 제이슨 헤셀스 네덜란드 암스테르담대 및 라디오천문학연구소(ASTRON) 교수팀은 라디오파열음 ‘FRB 121102’가 매우 자기장이 강하고 온도가 높은 중성자별에서 비롯된 것으로 추정된다고 ‘네이처’ 11일자에 발표했다. 중성자별은 초신성 폭발 직후 무겁고 거대한 별이 붕괴하면서 만들어진 고밀도의 작고 무거운 천체다.
 
2012년 관측된 FRB 121102는 현재까지 관측된 라디오파열음 중 유일하게 2번 이상 반복 관측됐으며, 발생지를 알고 있는 라디오파열음이다. 샤미 채터리 미국 코넬대 교수팀은 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 등과 공동으로 FRB 121102가 지구에서 약 30억 광년 떨어진 왜소은하의 별 생성 구역에서 발생한 것으로 나타났다고 ‘네이처’ 4일 자에 발표했다. 그러나 라디오파열음의 발생 원인이나 인근 환경의 특성에 관해서는 여전히 밝혀진 바 없었다.
 
헤셀스 교수팀은 윌리엄고든망원경을 이용해 같은 지점에서 오는 FRB 121102를 16차례 포착했다. 분석 결과, 이 파열음들은 매우 높고 다양한 페러데이 회전율을 갖고 있는 것으로 나타났다. 페러데이 회전은 선형 편광된 라디오파가 자기장을 띤 고온 플라즈마를 통과할 때 편광면이 회전하는 현상이다. 헤셀스 교수는 “이는 FRB 121102가 매우 강한 자기장과 고온 환경에서 비롯됐다는 점을 시사한다”고 설명했다.
  
이전까지 이런 척박한 환경은 질량이 큰 블랙홀 근처에서만 관측됐다. 연구진이 관측 값을 토대로 이론예측 모델을 통해 시뮬레이션 한 결과, FRB 121102는 질량이 태양의 1000만~1억 배인 블랙홀 인근에서 발생했을 가능성이 높은 것으로 나타났다.

 

헤셀스 교수는 “거대 블랙홀 옆 고자기장·고온 환경에 있는 어린 중성자별에서 라디오파열음이 발생했을 것으로 추정된다”며 “이번 연구 결과는 왜 블랙폴 옆에서 중성자별이 라디오파를 폭발하듯 내뿜었는지, 라디오파열음의 원인을 찾는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.
 
한편 캐나다에 지난해 8월 완공된 라디오파 관측 망원경 ‘차임(CHIME)’은 올해 4월부터 본격적인 가동을 시작한다. 차임 망원경의 주임무는 우주의 팽창과 가속도를 정확하게 측정하는 것이지만, FRB를 관측하는 것도 가능하다. 국제 공동 연구진은 향후 차임 망원경을 이용해 패러데이 회전에 대한 정밀 관측을 수행할 계획이다.

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