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'카우'...폭발하는 우주와 신생 블랙홀과의 관계
'카우'...폭발하는 우주와 신생 블랙홀과의 관계
  • 장순관 기자
  • 승인 2019.01.29 11:01
  • 댓글 0
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신생 블랙홀이 움직이는 모습을 처음으로 포착했다

20188월에 포착된 AT2018 카우

Neel V. Patel에 의하면  작년 미국 하와이에서 소행성 지구 충돌 최종 경보 시스템(Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, ATLAS)을 운용하던 과학자들은 우주에서 벌어지는 또 다른 불꽃놀이를 보고 매료되었다. 그 이름은 AT2018 카우다. 간단히 <카우>로도 불린다. 난데없이 터져 나온 카우는 몇 주 동안 엄청나게 빛을 내다가 순식간에 사라져 버렸다.

 

카우는 대체 뭐였을까? 지난 6개월간 천문학자들은 그것을 알기 위해 노력했다. 그리고 지난 110<천문학 저널(The Astrophysical Journal)>에 그 연구 결과를 냈다. 그 연구 결과에 따르면, 이 수수께끼의 현상에 대해 예전보다는 분명히 많이 알긴 하지만 여전히 수수께끼라는 것이다.

 

카우는 순간적인 천문 현상이다. 지극히 짧은 시간 동안만 볼 수 있는 천체 또는 현상인 것이다. 다만 이 순간적이라는 말은 우주적인 관점에서다. 몇 초 짜리도, 몇 년 짜리도 수백만 년 미만이라면 우주에서는 찰나에 불과하다. 그리고 밝은 빛이 처음 발견되었을 때, 누구도 그 원인을 모르는 현상이어야 한다.

 

노스웨스턴 대학의 천문학자이며 이변 연구의 수석 저자인 라파엘라 마르구티는 발견 내용에 대해 다음과 같이 설명하고 있다. “현재 얻을 수 있는 정보에 따르면, 어떤 힘이 있었고 눈부신 빛이 발생했다고 한다. 그러나 그 출처가 우리 은하인지 아닌지는 불명확하다.” 또 다른 연구팀은 카우가 우리 은하의 일부가 아님을 확인했다. 카우는 CGCG 137-068 은하에서 나온 것이었다. 헤라클레스 자리에 있는 이 은하는 지구에서 2억 광년 거리에 있다. 그것을 안 천문학자들은 이번에 우연히 찾아낸 이 건이 이제껏 발견한 이런 종류의 현상 중 제일 가까운 곳에서 발생한 것임을 알았다.

 

처음에 많은 사람들은 카우를 초신성으로 생각했다. 그러나 카우의 광도는 초신성으로 보기에는 차원이 달랐다. 그 광도는 예상치의 10~100배에 달했다. 관측 사상 가장 밝은 초신성으로 기록되기에 충분했다. 또한 광속의 10% 속도로 입자를 분출했는데, 이는 폭발하는 별이 낼 수 있는 이상의 속도다. 또한 과학자들이 관측하고 있는 동안 무서울 만치 빠르게 커지다가, 관측이 시작된 후 2주만에 작아지기 시작했다.

 

마르구티와 그녀의 연구팀은 자신들이 보고 있던 것이 예전에 누구도 보지 못한 것임을 알았다. 그녀는 전 세계의 다른 연구자들에게 연락하여 다양한 관측 장비로 카우를 관측했다. 카우의 밝기가 약해지기 시작한 이후 전자기 스펙트럼, X, 경질 X(X선보다 10배는 더 강하다), 전파, 감마선 등을 측정해 카우의 말로를 관측했다. 이들 관측 장비들 중에는 NASANuSTAR와 스위프트 임무, 하와이의 서브밀리미터 어레이(Submillimeter Array, SMA) 칠레의 아타카마 거대 밀리미터 어레이(Atacama Large Millimeter Array, ALMA), 하와이 마우나케아의 W. M. 켁 천문대 등이 있다.

 

이러한 전체론적 접근은 이 조사의 핵심이었다. 예를 들어, 초기 분석에서는 카우는 정해진 크기의 블랙홀에 의한 항성의 붕괴라는 설이 나왔다. 이러한 설명은 타당했다. 그러나 카우에서 나온 방사능은 공간이 매우 밀도 높은 환경에서 팽창하고 있음을 보여주었다. 정해진 크기의 블랙홀 주변에서는 기대하기 힘든 현상이었다.

 

연구팀을 진정으로 흥분시킨 것은 경질 X선 관측이었다. 마르구티와 그녀의 연구팀은 카우가 매우 밝은 경질 X선을 뿜고 있는 것에 유의했다. 이는 매우 충격적이었다. 마르구티의 말이다. “처음 나온 설명은 우리가 뭔가 틀렸다는 것이었다. 그래서 뒤로 돌아가서 문제점을 알아내야 했다.” 그러나 다른 장비들의 측정 결과를 보니 경질 X선 관측은 정확했다. 이런 모습은 매우 작은 천체를 연구할 때 흔하게 관측되는 것이 아니었다.

 

그러나 이는 중력을 이용해 주변의 기체와 고체를 빨아들이는 블랙홀을 천문학자들이 관측할 때는 흔하게 보이는 현상이다. 이 팀은 다른 전문가들과 논의한 후, 카우가 새로 생겨난 작은 천체일 가능성을 생각하기 시작했다.

 

현재 마르구티와 다른 동료들은 카우가 블랙홀 또는 중성자성의 탄생 장면이었다고 생각한다. 과학자들이 이런 모습을 실시간으로 본 것은 이번이 사상 처음일 것이다. 이 천체를 블랙홀로 보는 이유는 주위에서 물질을 빨아들이고 에너지를 발산하기 때문이다. 그러나 강력한 자장도 이러한 현상을 일으킬 수 있기 때문에 이 천체가 중성자성일 가능성을 배제할 수는 없다. 그리고 정직하게 말하자면, 연구팀은 카우가 매우 특이하고 강력한 초신성일 가능성도 배제 않고 있다.

 

왜 카우의 정체에 대한 수수께끼는 풀리지 않는 것인가? 카우는 너무 밝아서 깊이 들여다 볼 수 없다. 카우가 완전히 사라진 후에야 이 팀은 후속 관측 촬영을 실시하고 그 실체에 대해 생각해 볼 수 있었다.

 

카우에 대한 모든 연구는 블랙홀, 중성자성 등의 천체의 발생에 대해 더 잘 알고자 하는 과학자들에게 큰 선물이 될 것이다. 마르구티는 이렇게 말한다. “이런 천체의 형성을 연구하는, 과거에 없던 새로운 창이 생긴 것이다.”

 

그 이후, 이번 연구의 발견은 다중신호 천문학을 한 걸음 더 발전시키는 계기가 될 것이다. 다중신호 천문학은 다양한 신호를 통해 천체와 천문 현상을 관측하는 우주 연구의 방식이다. 이로서 천체와 천문 현상을 더욱 자세히 알 수 있다. 예를 들어 LIGO 같은 프로젝트들 덕택에 중력파를 측정해 블랙홀 병합을 감지할 수 있다. 그리고 앞으로는 전자기 방사선과 우주선(宇宙線)을 통해서도 이러한 천체들을 연구할 수 있어야 한다. 마르구티의 말이다. “나는 천체의 일시적 현상을 다양한 파장을 통해 관측해야 한다고 강력히 주장한다. 이러한 관측은 장차 더욱 중요해질 것이라고 생각한다.” 특히 장차 기술이 더욱 발전하고, 이런 종류의 데이터 수집 능력이 높아지면서 그 중요성은 더욱 커질 것이다.

 

현재 이 팀은 카우를 주시하며 더욱 어두워지기를 기다리고 있다. 앞으로 수개월 이내에 또 다른 관측을 실시할 준비를 하고 있다. 또한 이런 현상을 발견하고 그 특성을 알아내는 일도 하고 있다. 우주에는 이러한 강한 천체가 꽤 많을 것으로 짐작된다. 그리고 이제 인류는 이들을 더욱 제대로 관측하고 설명할 수 있다. 마르구티는 말한다. “이런 현상은 드물지만 예전에 생각했던 만큼 드물지는 않다. 그리고 이제 발견할 방법을 알고 있다.” 이제 우리는 우주 속의 이러한 돌발 상황들을 사냥하기 시작한 것이다.

 

장순관 기자 bob0724@naver.com

 


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