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우주 이야기 140 - 가장 멀리 떨어진 초신성 찾기



 지난 2013 년 1월 미 천문학회 American Astronomical Society (AAS) 미팅에서는 지금 까지 찾아낸 Type Ia 초신성 중 가장 먼거리에 있는 천체에 대한 보고가 있었습니다.  SN SCP-0401 이라는 명칭이 붙은 이 초신성은 적색 편이 (redshift) 1.71 의 값을 가지고 있으며 이를 보고한 버클리 연구소 (Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) : 미 에너지부 (DOE) 산하 연구 기관 ) 의 David Rubin 에 의하면 대략 100 억 년전 폭발한 초신성입니다. 이 결과는 국제 초신성 우주론 계획 (Supernova Cosmology Project (SCP) ) 의 일환으로 진행된 연구 결과 나온 것입니다. 


   
( 초신성 SN SCP-0401 의 이미지. 태양 밝기의 50 억배에 달하는 Type Ia 초신성의 허블 우주 망원경 이미지이지만 아주 희미한 점으로 보일 만큼 멀리 떨어져 있음. Supernova SCP-0401, nicknamed “Mingus,” was collected by the Hubble Space Telescope in 2004 but could not be positively identified until after the installation of a new camera that serendipitously acquired more data. (Credit: Space Telescope Science Institute) ) 


 Astrophysical Journal 에 보고된 이 초신성은 Type Ia 라는 사실 때문에 아주 큰 의미를 지니고 있습니다. 이전 초신성에 대해 설명한 포스트에서도 언급했지만 Type Ia 초신성은 그 독특한 발생 메카니즘 때문에 큰 의미가 있습니다. 거리를 재는 척도가 되기 때문입니다. 


 Type Ia 초신성은 백색왜성이 주변으로 부터 물질을 (주로 동반성으로부터 물질을 흡수) 하다가 태양 질량의 1.38 배에 이르게 되면 탄소와 산소가 다시 재점화 되면서 일순간에 핵융합 반응을 일으키면서 발생합니다. 그 폭발에너지가 거의 일정하기 때문에 밝기 역시 태양 밝기의 대략 50 억배 수준으로 일정합니다. 따라서 그 밝기를 측정하면 반대로 거리를 측정할 수 있습니다. 따라서 멀리 떨어진 은하의 정확한 거리를 측정하는데 적지 않은 도움이 됩니다. (자세한 내용에 대해서는 이전 포스트 참조 http://blog.naver.com/jjy0501/100129834105  ) 



 (Type Ia 초신성의 탄생 메카니즘   CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시   출처 :  NASA, ESA and A. Feild (STScI); vectorisation by chris)


 현재 SCP 연구의 수장인  솔 펄머터 (Saul Perlmutter) 는 이 발견을 두고 TV 를 켰는데 기원전 9,947,989,219 년의 방송을 본 상황이라고 묘사했습니다. 솔 펄머터는 1998 년 Type Ia 초신성 연구를 통해 (이 당시에도 SCP 를 이끌고 있었음) 우주가 멀리 떨어져 있을 수록 가속 팽창을 한다는 사실을 발견해 같은 시기에 비슷한 발견을 한 High-z Supernova Search 팀의 과학자였던 브라이언 슈밋 (Brian Schmidt) 과 애덤 리스 (Adam Riess) 와 공동으로 2011 년 노벨 물리학상을 수상한 바 있습니다. 이렇듯 Type Ia 초신성은 우주론 연구에 적지 않은 기여를 하고 있습니다. 


 현재도 Type Ia 초신성을 찾기 위한 연구는 계속되고 있는데 이번에 발견된 SN SCP-0401 는 사실 2004 년 허블 우주 망원경 이미지에 잡혔던 것으로 아주 희미한 이미지를 다시 데이터를 처리하는 과정에서 다시 찾아낸 것입니다. 밍구스 (Mingus) 라는 별명이 붙은 이 초신성은 현재의 허블 우주 망원경으로도 간신히 찾아낼 수 있을 만큼 어두운 초신성입니다. 


 2009 년 허블 우주 망원경의 마지막 업그레이드 당시 장착된 WFC3 (Wide Field Camera 3) 는 이 초신성 폭발이 일어난 은하의 이미지를 간신히 잡아내는데 성공했습니다. 이 은하의 적색 편이는 1.713 으로 밍구스와 거의 동일합니다. (당연한 이야기이긴 하지만) 


 밍구스를 비롯한 극단적으로 오래된 초신성은 은하까지의 정확한 거리를 추정할 수 있게 해주는 데 이는 우주의 가속 팽창이 과연 우리에게서 멀리 떨어질 수록 (즉 오래될 수록) 어떤 양상으로 변하는지 이해하는데 도움을 줄 것입니다. 아마도 미래에는 허블 우주 망원경의 성능을 뛰어넘는 새 망원경들로 인해 더 먼 과거의 Type Ia 초신성들이 밝혀질 것이고 우주의 가속 팽창과 그 바탕이 되는 힘이라고 생각되는 암흑 에너지에 대해서 보다 자세한 내용이 밝혀질지도 모릅니다. 그리고 그외 우리가 알지 못했던 뜻밖의 사실들이 이런 연구를 통해 밝혀질 수 있을 것으로 기대합니다. 


 참고 




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