[표지로 읽는 과학] 수상한 감마선 폭발의 정체를 쫓다

국제학술지 사이언스 8일자 표지. 사이언스 제공

국제학술지 사이언스는 8일(현지시간) 주변에 강력한 자기장을 형성하고 있어 일명 ‘자석별’로 불리는 중성자별 ‘마그네타’를 표지에 실었다. 마그네타는 주변에 지구자기장의 2000조 배가 넘는 강한 자기장이 형성돼 있고 감마선과 X선 같은 고에너지 전자기파를 내뿜는다. 사이언스는 지난해 4월 태양계를 휩쓴 독특한 감마선 폭발에 대해 밝혀진 사실을 일부 소개했다.

초신성 폭발이나 중성자별들이 서로 충돌할 때 고에너지 감마선을 방출하는 현상인 감마선 폭발이 일어난다. 감마선 폭발은 지구 전역에 있는 천문대에서 매일 한 번씩 관측될 정도로 흔한 현상이다. 고에너지 전자기파를 방출하기 때문에 플레어나 레이저를 쏘는 형태로 나타난다.

미국항공우주국(NASA)이 운용하는 ‘페르미 감마선 우주 망원경’, 감마선 관측 위성 ‘스위프트’, 화성 탐사선 ‘마스 오디세이’ 등은 지난해 4월 15일 기존과 다른 감마선 폭발을 감지했다. 이 감마선 폭발은 폭발 지점으로 추정되는 위치가 기존에 관측했던 감마선 폭발 장소보다 가까웠고 감마선 폭발로 방출된 빛의 세기가 훨씬 크고 마이크로초(1마이크로초는 100만 분의 1초) 단위로 변했다.

케빈 헐리 미국 버클리 캘리포니아대(UC 버클리) 우주과학연구소 연구원과 드미트리 스빈킨 러시아 이오페연구소 연구원을 포함한 국제 공동 연구팀은 이 감마선 폭발이 발생한 위치를 추적한 연구를 국제학술지 네이처 인터넷판 1월 13일자에 발표했다. 연구팀은 감마선 폭발을 감지한 3개의 탐지기의 위치, 신호 도달시간, 삼각측량법을 이용해 폭발 위치를 추정했다. 그 결과 지구에서 약 1140만 광년 떨어진 조각가자리 은하(NGC 253)에 있는 마그네타가 유력한 폭발 지점으로 추정됐다. 

연구팀은 페르미 감마선 우주 망원경이 관측한 데이터를 분석해 감마선 폭발이 일어난 후 19초가 지냈을 때 폭발 시점 때 감지된 감마선만큼 강력한 감마선이 관찰됐다는 사실도 발견했다. 연구팀은 감마선 폭발이 발생하기 직전 마그네타에서 방출되는 플라즈마가 주위에 있는 가스 입자와 부딪혀 또다른 감마선이 만들어진다고 예측했다. 

에릭 번스 미국 루이지애나주립대 물리천문학과 교수는 감마선 폭발이 일어나는 과정을 역추적하는 방식으로 최근 우리 은하 부근에서 비슷한 감마선 폭발이 7번 발생했다는 사실을 알아냈다. 번스 교수는 이를 토대로 우주 전체에서 플레어 형태의 감마선 폭발이 일어나는 횟수를 계산했다. 그 결과 우주에 있는 초신성의 발생 횟수보다 많았고 중성자별이 충돌하는 횟수의 약 1000배였다.

이 사실로 미루어보면 향후 가까운 곳에서 비슷한 규모의 감마선 폭발이 일어나면 감마선의 영향으로 우주에 나가있는 위성, 탐사선, 로보 등에 영향을 줄 수 있다. 실제로 작년 4월 감마선 폭발이 일어났을 때 페르미 감마선 우주 망원경과 마스 오디세이의 일부 장치가 일시적으로 오작동을 일으켰다. 

번스 교수는 "플레어 형태의 감마선 폭발은 우주에서 믿을 수 없을 정도로 흔한 현상이다"며 "하지만 직접 관찰하기 어렵다"고 말했다.

[김우현 기자 mnchoo@donga.com]