우리 은하계에는 사실 페르미 버블(Fermi Bubble)이라고 불리는 초거대 버블이 존재합니다. 2010년 나사의 페르미 감마선 우주 망원경(Fermi Gamma-ray Space Telescope (FGST))이 포착한 이 거대 버블은 가시 광선이 아니라 감마선 및 X 선 영역에서 관측이 가능한 거대한 거품 구조로 그 크기가 무려 2.5만에서 3만 광년에 달합니다. 페르미 버블은 은하계의 중심에서 대칭으로 혹처럼 솓아나 있습니다.
(페르미 버블. X-ray/gamma-ray bubbles of Earth's Galaxy, the Milky Way. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center)
(동영상)
이 버블의 존재는 과학자들에게는 매우 뜻밖의 일이었습니다. 과연 어떤 메카니즘으로 이런 버블이 생길 수 있는지 현재까지 분명하지 않은 부분들이 많지만 아마도 이 버블이 200만년 정도 전에 은하 중심에서 발생해서 지금처럼 커진 것 같다는 추정은 가능합니다. 왜냐하면 이 버블이 시간당 200만 마일(약 시속 320만km)로 팽창하는 중이기 때문이죠. 따라서 시간을 거슬러 올라가면 수백만년 전쯤에는 은하 중심에서 시작되어 지금처럼 커진 것으로 생각할 수 있습니다.
이 거대한 버블의 실체를 파악하기 위해서 천문학자들은 허블 우주 망원경과 퀘이사의 도움을 받았습니다. 버블의 크기는 거대하긴 하지만 실제 입자의 밀도 수준은 거의 진공에 가깝습니다. 따라서 일반적인 관측으로 그 특징을 알아내긴 쉽지 않습니다. 하지만 멀리서 온 강력한 빛이 있다고 하면 가능할 수 있습니다.
퀘이사는 수십억 광년 이상 멀리 떨어진 천체로 은하 전체를 능가하는 밝기를 가지고 있습니다. 이 퀘이사의 빛이 버블을 통과할 때 버블의 팽창 속도, 구성, 온도 등의 중요한 정보가 담겨져 나오게 됩니다. 이 빛이 흡수하는 에너지와 파장을 분석하면 이를 역으로 알아낼 수 있다는 것이죠.
우주 망원경 연구소의 앤드류 폭스(Andrew Fox of the Space Telescope Science Institute in Baltimore)와 그의 동료들은 허블 우주 망원경에 설치된 Cosmic Origins Spectrograph (COS)를 이용해서 퀘이사의 빛 가운데 특히 자외선 영역에서의 관측을 시도했습니다. 이들이 관측한 방향은 우리 지구에서 봤을 때 북쪽 방향입니다.
(퀘이사를 이용한 페르미 버블의 관측 This graphic shows how NASA's Hubble Space Telescope probed the light from a distant quasar to analyze the so-called Fermi Bubbles, two lobes of material being blown out of the core of our Milky Way galaxy. The quasar's light passed through one of the bubbles. Imprinted on that light is information about the outflow's speed, composition, and eventually mass. The outflow was produced by a violent event that happened about 2 million years ago in our galaxy's core. Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI))
허블 망원경의 COS가 관측한 것은 섭씨 9700도 정도의 뜨거운 (물론 밀도는 희박한) 가스였습니다. 이 가스 속에는 실리콘, 탄소, 알루미늄 같은 원소들이 풍부했습니다. 속도는 아까 언급한 것처럼 시속 320만km 정도였습니다.
이 버블의 생성된 이유를 설명하는 방법은 크게 두 가지가 있습니다. 첫번째는 아주 거대한 초신성 폭발의 결과라는 것입니다. 두번째는 한 그룹의 별들이 한꺼번에 은하 중심 블랙홀로 흡수된 결과라는 것이죠. 이 결과는 어느쪽인지 확인시켜 주지는 않지만 이 버블이 초기 수백만도에서 팽창을 통해서 지금처럼 식었으며 중원소들이 풍부하게 있다는 점은 설명하고 있습니다.
초신성 폭발의 결과라고 보기에는 너무 큰 구조일 뿐 아니라 양쪽으로 대칭성이기 때문에 블랙홀과 관련이 있지 않나 하는 생각도 들지만 블랙홀에서 뿜어져 나온 물질이라고 보기에는 중원소를 많이 가지고 있다는 점 역시 독특한 부분입니다.
앞으로 더 많은 연구가 필요하겠지만 아무튼 우리 은하의 뜻밖의 모습이라는 점은 확실해 보입니다.
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