(Credits: Illustration: CXC/M. Weiss; X-ray: NASA/CXC/Univ. of Maryland/E. Troja et al, Optical: Lowell Observatory's Discovery Channel Telescope/E. Troja et al.)
우주에서 가장 밝은 천체 가운데 하나가 바로 감마선 버스트 (GRB, Gamma-ray bursts)입니다. 앞서도 설명드린 바 있듯이 감마선 버스트는 짧은 주기와 긴 주기의 두 가지가 존재합니다. 이중에서 짧은 주기의 감마선 버스트는 중성자별끼리나 혹은 중성자별 + 블랙홀이 충돌하면서 발생하는 것으로 생각되어 왔습니다.
최근 나사의 찬드라 X선 망원경 및 다수의 망원경은 이 과정을 더 상세히 관측할 기회를 얻었습니다. 2014년 9월 3일 발생한 짧은 감마선 버스트인 GRB 140903A가 그것으로 이 GRB는 스위프트 위성이 가장 먼저 관측했습니다.
이후 찬드라 X선 망원경과 지상의 광학 망원경이 GRB 140903A를 관측하자 그 상세한 모습이 하나씩 드러났습니다. 이 GRB는 비교적 가까운 위치인 39억 광년 떨어진 위치에 있어 관측이 용이했기 때문입니다. (사진)
감마선 버스트는 두 개의 중성자 별 혹은 블랙홀이 충돌하면서 발생되는 것으로 보입니다. 그런데 이 과정에서 위의 개념도에서 보는 것 같은 다양한 구조물이 생성됩니다. 우선 두 천체의 충돌로 인해 강력한 에너지로 파편이 사방으로 퍼져나가면서 (사진에서 파란 색) 광속의 10%에 달하는 속도로 확장됩다. 동시에 새롭게 생성된 천체 (대부분 블랙홀)로 빨려들어가는 물질이 강착 원반 (위의 그림에서 붉은 색)을 형성하게 됩니다.
강작 원반은 고온으로 가열되면서 자기장을 지니게 되는데, 이 자기장의 상호 작용으로 수직 방향의 제트가 발생하는 것으로 보입니다. (그림에서 노란색) 엄청난 고온으로 가열된 제트는 X선 및 감마선 영역에서 관측이 가능합니다.
단 감마선 버스트가 관측되는 것은 제트가 지구 방향을 향할 때 뿐입니다. 이번 연구에 의하면 이런 경우는 사실 0.4%에 지나지 않은 것으로 보입니다. 즉 대부분은 지구에서 관측이 불가능하다는 것이죠.
우주에서 블랙홀과 중성자별, 혹은 중성자별끼리 충돌하는 일은 아주 흔한 일은 아닐 것입니다. 하지만 우주는 대단히 넓고 무수히 많은 중성자별과 블랙홀이 있기 때문에 우리는 이런 일을 자주 목격하게 되는 것이죠. 우주는 그만큼 거대합니다.
참고
An achromatic break in the afterglow of the short GRB 140903A: evidence for a narrow jet, arXiv:1605.03573 [astro-ph.HE] arxiv.org/abs/1605.03573
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