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http://www.sciencetimes.co.kr/article.do?atidx=0000017803
| 초고에너지 감마선에서 주기적 신호 발견 | ||||
| 영국의 천문학자들, 최초로 변조된 신호 찾아 | ||||
| 최근 영국의 입자물리학과 천문학 지원기관인 피파크(PPARC, Particle Physics and Astronomy Research Council)는 영국의 천문학자들이 헤스(HESS) 망원경을 통해 최초로 초고에너지 감마선에서 변조된(modulated) 신호를 발견했다고 발표했다. 최초의 라디오 펄사가 발견된 이후, 우주의 규칙적인(regular) 신호의 존재는 1960년 이후부터 알려졌다. 그러나 기존의 것보다 10만 배나 강한 에너지원에서 전파 신호를 발견한 것은 이번이 처음이다. 이 결과는 천문학 분야의 저명한 국제학술지인 천체물리학 및 천문학지(Journal of Astrophysics and Astronomy)에 실렸다. 관측된 신호는 2005년에 헤스팀에 의하여 발견된 LS5039라는 천체계(system)로부터 감지됐다. 이 LS5039는 태양 질량의 20배에 해당하는 질량이 큰 청색 별과 블랙홀로 추정되는 미지의 동반성으로 이루어진 쌍성체(binary system)다. 두 천체는 지구와 태양 사이의 거리의 5분의 1 정도의 거리로 매우 근접해 있으며, 4일 주기로 서로 회전하고 있는 것으로 알려져 있다. 헤스 망원경 관측소의 영국 측 구성원인 더럼 대학(University of Durham)의 폴라 채드위크 박사는 "관측된 감마선 신호의 변화 방식은 LS5039가 블랙홀과 같은 물체의 주변을 지나는 입자의 가속을 연구할 수 있는 유일한 실험실 결과와 같다"며 이 발견의 의미를 설명했다. 즉, 지구에 도달하는 신호가 다양한 메커니즘에 의해 어떻게 변화하는지에 대한 연구를 통해, LS5039와 같은 쌍성 천체와 블랙홀 주변에 형성되는 영향 요인에 대해 보다 깊이 알 수 있다는 것이다.
질량이 큰 청색 별이 청색거성(the blue giant star)으로 진화해 감에 따라, 쌍성의 다른 동반성은 강력한 항성풍(stellar wind)에 노출되고, 별은 강력한 빛을 발산하게 된다. 이 때 입자들이 고에너지 상태로 가속되는 한편, 입자들에 의하여 발생된 감마선이 지구로부터의 방향에 따라서 쌍성체 바깥으로 방출되기 어렵게 된다. 이 두 효과의 상호작용이 바로 관측된 복잡한 변조 패턴의 원인이다. 감마선 신호는 블랙홀로 추정되는 동반성이 지구에서 볼 때 별 앞에 있을 경우에 가장 강하며, 별 뒤에 있을 경우에 가장 약하다 (그림 1 참조). 별의 대기라 할 수 있는 항성풍에 노출된 입자가 동반성과의 상호작용에 의하여 감마선을 방출되는 것으로 추정되고 있다. 이 동반성은 일종의 탐침(probe)이라고 할 수 있는데, 감마선 신호가 변화하는 것을 통해서, 별과의 거리에 따라 자기장이 어떻게 변하는지를 보여주기 때문이다. 또한 지구에서 관측된 감마선의 복잡한 변조에는 기하학적인 효과도 한몫을 한다. 아인슈타인의 유명한 공식(E=mc2)에 의하면, 물질과 에너지는 등가적이어서, 입자와 반입자가 충돌하여 빛을 낼 수 있다. 대칭적으로, 매우 강한 감마선이 질량이 큰 별로부터 온 빛과 충돌하여, 물질(이 경우, 전자와 양전자)로 전환될 수 있다. 따라서 별 빛은 동반성이 별 뒤에 있을 때 안개와 같이 감마선 원(source)을 감싸게 된다. 프랑스 그르노블 천문대 천체물리실의 기욤 드뷔는 "주기적인 감마선의 흡수는 빛에 의한 물질과 반물질의 생성을 보여주는 좋은 예"라고 평가했다.
이러한 실험 결과는 아프리카 남서부 나미비아에 설치되어 있는 헤스(HESS, The High Energy Stereoscopic System) 망원경을 통하여 얻어졌다. 헤스 망원경은 100여 명의 과학기술자를 아우르는 국제적인 팀의 수 년에 걸친 노력으로 구축됐으며, 2004년 9월에 운영이 개시됐다. 최초의 데이터는 처음으로 초고에너지 감마선에서 초신성 쇼크의 이미지를 보여주는 등 다수의 중요한 발견을 가능케 했다. 이 관측 시스템은 지름 13m짜리 망원경 4개로 이루어져 있으며, 현재 초고에너지 감마선을 관측하는 세계에서 가장 민감한 탐지기라 할 수 있다. 초고에너지 감마선은 대기에 흡수되는 수명이 짧은 입자선이라 할 수 있는데, 헤스 망원경은 이 입자들이 대기에 흡수되면서 내는 미세한 섬광(체렌코프 방사)을 큰 거울로 수집해 초고감도의 카메라에 반사되도록 하는 방식으로 관측한다. 각 감마선 광자는 천구의 위치와 매칭되며 천체의 이미지를 알려준다. 이러한 이미지 광자를 모아서 감마선이 나타난 천체의 지도를 그릴 수 있는 것이다. | ||||
| /권기석 영국통신원(한국천문연구원 연구원, 서섹스대 박사과정) | ||||
| 2006.12.12 ⓒScience Times | ||||
