우주 이야기 95 - 차세대 X 선 관측 위성 NuSTAR

나사의 새로운 X 선 관측 위성인 NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) 가 현지 시각으로 2012 년 6월 13일 페가수스 XL 로켓 (Pegasus - XL) 을 통해 성공적으로 발사되었습니다. (페가수스 로켓에 대해서는 이전에 작성한 http://blog.naver.com/jjy0501/100095693067 을 참조) NuSTAR 는 지금까지 발사된 X 선 관측 망원경 가운데 가장 강력한 것으로 관측 범위는 5 - 80 keV 대입니다. 기존의 유명한 우주 X 선 관측 위성인 찬드라 X ray 망원경이 0.1 - 10 keV 인데 비해 보다 높은 고에너지 X ray 관측이 목표인 위성이라고 할 수 있습니다.

(태양 전지 테스트 중인 NuSTAR (맨위) 와 페가수스 로켓에 탑재중 (중간) 그리고 탑재가 완료된 페가수스 로켓 (아래) Credit : NASA)

NuSTAR 위성은 독특하게도 두개의 부분으로 구성되어 있으며 이 둘을 연결하는 마스트는 접었을 때 페가수스 로켓에 들어갈 수 있을 만큼 작지만 펼쳐지면 10.15 미터 정도의 길이로 늘어납니다. 두개의 모듈 사이의 거리는 레이저 기기로 정확하게 조절되어 정밀한 관측에 도움을 준다고 합니다.

(마스트를 펼쳤을 때 NuSTAR 의 모양. 한쪽에는 두개의 광학 기기, 그리고 다른 한쪽에는 Focal Plane/Detector 가 존재. Credit : NASA )

NuSTAR 는 같은 영역대의 기존 관측 기기보다 10 배나 해상도가 높고 100배나 민감한 관측이 가능한데 이것은 내부에 존재하는 독특한 거울 때문에 가능하다고 합니다. 이 거울을 통해 고에너지 X ray 를 민감하게 관측할 수 있습니다.

(NuSTAR 의 복합 거울. 매우 얇은 수많은 거울이 겹쳐진 구조라고 함. Credit : NASA )

그렇다면 대체 NuSTAR 를 통해서 무엇을 관측하려고 하는 것일까요. 여러가지가 있을 수 있지만 가장 중요한 것은 거대 질량 블랙홀들입니다. 일반적으로 X 선이라고 하면 의료용으로 많이 쓰이기 때문에 이것을 이용해 우주를 관측한다는 사실이 의아할 수 도 있습니다. 하지만 사실 X 선이라는 것은 높은 에너지에서 나오는 전자기파로 적외선, 가시광선, 자외선 보다 파장이 매우짧고 에너지가 높은 전자기파라고 생각하면 됩니다.

X 선은 천문학에서는 매우 높은 온도를 가진 물체를 관측할 때 유용한데 백만도에서 수억도에 달하는 고열의 물체에서 주로 나오는 에너지입니다. 사실 블랙홀 자체는 빛마저 흡수하는 천체로 직접 관측하기가 매우 힘듭니다. 하지만 블랙홀로 물체가 빨려 들어갈 때 이 물체들은 소용돌이 처럼 빨려들어가면서 강착원반을 형성합니다. 그러면 빨려들어가는 물질들은 엄청난 에너지를 받으면서 고열로 가열되면서 X 선을 방출하게 됩니다. (이부분에 대해서는 http://blog.naver.com/jjy0501/100133661000 를 참조 )

NuSTAR 는 이와 같은 강력한 X 선원들을 - 대표적으로 은하 중심에 존재하는 거대 질량 블랙홀 (SMBH) - 관측해서 우리에게 이전에 알지 못했던 새로운 정보를 줄 것으로 기대되고 있습니다. NuSTAR 는 2년 이상 550 km 상공에서 관측을 시행할 예정으로 여기서 나오는 정보 가운데는 블랙홀에 대한 우리의 이해를 크게 진전시킬 내용이 있을 것으로 생각되 기대가 큽니다. 물론 블랙홀 이외에도 여러가지 X 선 천문학에 큰 진전이 있을 것으로 기대됩니다.