감마선 폭발(Gamma Ray Burst)은 몇 초에서 수백 초 동안 우주의 모든 별빛을 합한 만큼 매우 밝은 빛으로 반짝이는 천체로, 별이 특별하게 죽으면서 폭발할 때 생기는 현상입니다.
지금까지는 태양보다 수십 배 무거운 별이 죽거나 또는 중성자별 두 개가 충돌할 때 일어나는 두 종류의 감마선 폭발만 알려져 있었습니다.
임명신 서울대 교수와 박수종 경희대 교수가 이끄는 초기우주천체연구단 연구원 등 국내 연구진 6명이 포함된 10개국 34명의 국제공동연구팀은 새로운 형태의 우주 폭발현상을 발견했습니다.
특히 이번 연구에는 서울대와 경희대가 공동 개발한 시퀸(CQUEAN)카메라를 이용해 얻은 관측 자료가 큰 기여를 했습니다.
이번에 발견된 새로운 종류의 감마선 폭발은 별이 특별하게 죽을 때 생기는 현상으로 밝혀졌습니다.
국제공동연구팀은 NASA의 스위프트 위성을 사용하여 지난해 12월 25일 약 43억 광년 떨어진 곳에서 일어난 특이한 감마선 폭발을 발견하고 이를 'GRB 101225A'로 명명했습니다.
GRB 101225A의 상상도 : 중앙에 있는 넓게 퍼진 것이 사진 윗부분에서 침투한 중성자별에 의하여 흐트러진 별의 대기이며 그림 정중앙에는 헬륨으로 이루어진 별의 중심핵과 중성자별의 충돌이 이루어지면서 물질 다발이 제트가 퍼져나가는 모습이 보인다. 제트는 별 중심에서 바깥으로 퍼져나가다가 흐트러진 별의 대기를 만나 뜨거운 빛을 발하게 된다. (그림제작: A. Simonnet, NASA/EPO, 소노마 주립대학교)
연구진이 포착한 GRB 101225A, “크리스마스 날 폭발”의 모습 : 우리나라 연구진이 시퀸 카메라를 이용하여 포착한 GRB 101225A의 모습. 사진 중앙에 있는 푸른색 점이 그것이다. 망원경은 미국 맥도날드 천문대 2.1m 망원경을 사용하였으며, 크리스마스 날 저녁식사 파티가 끝나자마자 급박하게 관측이 이루어졌다.
그리고 가시광선과 근적외선 자료로부터 GRB 101225A가 다른 감마선 폭발과는 달리 수만 도에서 시작하여 수천 도까지 식어가는 빛의 스펙트럼을 가지고 있음을 확인했습니다.
이것은 이론적으로만 예측했던 새로운 감마선 폭발의 모습과 같았습니다.
이번 연구는 별이 매우 다양한 형태로 죽음을 맞이할 수 있다는 새로운 사실을 보여주고 있습니다.
천문학 교과서에는 별들이 죽을 때 초신성 폭발을 한 후 블랙홀이나 중성자별로 남거나 차츰 식어서 백색왜성이 되는 것으로 나옵니다.
그러나 연구팀이 이번에 관찰된 새로운 감마선 폭발 현상을 분석한 결과, 초신성 폭발 후 생긴 중성자별이 옆에 있는 다른 별의 내부를 휘젓다가 또 다른 폭발을 유발할 수 있고, 폭발 후 남은 천체는 블랙홀이 되었을 것으로 추정하고 있습니다.
즉, 별은 중성자 별로 변한 후 더 이상 진화하지 않는 것이 아니라, 조건만 맞으면 블랙홀로 변할 수도 있다는 것입니다.
이번 연구결과는 세계 최고 권위의 과학전문지 '네이처(Nature)'지에 12월 1일자로 발표됐습니다.
(논문명: The unusual gamma-ray burst GRB 101225A from a helium star/neutron star merger at redshift 0.33)
맥도날드 천문대 2.1m망원경과 시퀸 카메라(망원경 하단에 위치).
용 어 설 명
감마선 폭발(Gamma Ray Burst) :
몇 초에서 수백 초 동안 우주의 모든 별빛을 합한 만큼 매우 밝은 빛으로 반짝이는 천체로, 별이 특별하게 죽으면서 폭발할 때 생기는 현상으로 알려져 있음
초신성(超新星) :
늙은 별이 폭발하면서 막대한 양의 에너지를 뿜어내는 현상. 사실상 별의 마지막 모습이지만 마치 새로 생겨난 밝은 별처럼 보여 '초신성'이라고 부름
백색왜성(白色矮星) :
태양 정도의 질량을 지닌 항성이 죽어가며 생성하는 천체
| <연 구 개 요> The unusual gamma-ray burst GRB 101225A from a helium star/neutron star merger at redshift 0.33 C.C. Thone et al. (Nature, 480, pp72-74 ? 2011. 12.1. 출판) 감마선 폭발(Gamma-Ray Burst; GRB)이란 별이 특이하게 죽음을 맞이하는 순간에 생기는 현상이며, 감마선 폭발의 지속시간이 2초 이하냐 이상이냐에 따라 감마선 폭발은 짧은 감마선 폭발(short GRB)과 긴 감마선 폭발(long GRB)로 나누어진다. |
| <감마선 폭발(Gamma-Ray Burst)> 우주에서 일어나는 가장 강력한 폭발현상이며 별의 죽음과 밀접한 관계가 있다는 것이 알려져 있다. 순간적인 밝기가 우주 전체의 별빛을 모두 합친 것에 필적할 만큼 매우 강한 빛을 감마선에서 발한다. 1960년대 후반 소련(현 러시아)의 비밀 핵실험을 탐지하기 위하여 미국이 발사한 인공위성이 우주에서 발생하는 감마선 폭발들을 최초로 발견하였다. 보통 감마선 폭발은 수초에서 수백 초의 짧은 기간 동안 지속되며, 그 후 X-선, 가시광선, 전파 등 다양한 파장에서 밝은 빛이 보이는 것을 감마선 폭발 잔광이라고 부른다. 이러한 잔광은 몇 시간 만에 사라지기도 하지만 몇 달씩 관측이 가능한 경우도 있다. 이 잔광은 감마선 폭발 시 생긴 제트(속도가 광속에 가까운 물질다발)가 주변 성간물질과 충돌할 때 나온다고 알려져 있으며, 이 때 나오는 잔광의 스펙트럼은 소위 "싱크로트론"방사라고 하는 밋밋한 모양이다. 감마선 폭발은 무거운 별이 죽는 순간 또는 두 개의 중성별의 충돌 시 이러한 폭발이 일어난다고 알려져 있었으나, 이번 연구는 새로운 종류의 감마선 폭발을 발견한 것이다. 잔광의 스펙트럼이 싱크로트론 방사가 아닌 온도를 가진 물체에서 흔히 나오는 "흑체복사"라는 것과 감마선 폭발이 수십 분 지속된 것으로부터 GRB 101225A는 이미 한 번 먼 옛날 폭발을 겪은 중성자별이 그 옆에 있는 보통 별 내부를 휘젓다가 또 다시 폭발 현상을 일으킨 것으로 밝혀낸 것이다. 이 해석 말고도 GRB 101225A는 우리와 가까운 곳에 있는 중성자별에 혜성이 떨어지면서 생긴 현상이라고 해석하는 연구결과도 같은 호 네이처지에 발표되었다. |
※ 시퀸(CQUEAN) 카메라
시퀸(CQUEAN)은 Camera for QUasars in EArly uNivers의 약자로, 경희대학교 박수종 교수와 서울대학교 공동연구진이 개발한 천체관측용 카메라이다.
시퀸은 0.8-1.1 마이크로미터에 해당하는 근적외선 파장에서 기존의 천문연구용 카메라보다 3-4배 더 높은 감도를 자랑한다.
연구단의 주요 연구대상인 100억 년 전에 존재하였던 초기우주 퀘이사들을 잘 관측할 수 있는 파장이 근적외선 파장이기 때문에 이런 기능을 갖추었다.
그 외에도 넓은 시야를 관측하기 위한 광각렌즈시스템, 긴 노출시간으로 천체를 촬영하기 위한 천체추적시스템 등을 갖추고 있다.
2010년 8월에 미국 맥도날드 천문대 2.1m 망원경에 시퀸을 설치하였고 그 후 이를 이용한 초기우주 퀘이사 탐사와 감마선 폭발 천체 및 외부은하의 관측이 진행 중이다.
그동안 출연연구소에서 주로 개발되고 있던 천문관측기기를 대학교 연구진들만의 힘으로 하였다는 점, 그리고 천문관측 기상조건이 좋은 해외천문대에 기기를 설치하여 그 성능을 극대화하고 있다는 점 등이 특기할 만하다.
※동영상 자료 <http://astro.snu.ac.kr/~mim/xmas/>
1. CB_video_2011_1126.mov: GRB 101225A의 밝기와 온도가 시시각각 변하는 모습을 그래프와 함께 보여주는 동영상.
2. GRX_OT_preliminary.mov: GRB 101225A의 밝기가 변하는 모습을 보여주는 동영상
3. He-NS_starmerger.mov: GRB 101225A의 생성기작을 보여주는 동영상(미국 NASA제작)
4. GRX_movie_small_2011_1125.mov: GRB 101225A의 관측내용, 생성기작 등을 종합적으로 보여주는 동영상(미국 NASA제작)
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