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2018년 7월 7일 토요일

우주 이야기 802 - 에타 카리나에서 온 우주선 (cosmic ray)




(Eta Carinae shines in X-rays in this image from NASA's Chandra X-ray Observatory. The colors indicate different energies. Red spans 300 to 1,000 electron volts (eV), green ranges from 1,000 to 3,000 eV and blue covers 3,000 to 10,000 eV. For comparison, the energy of visible light is about 2 to 3 eV. NuSTAR observations (green contours) reveal a source of X-rays with energies some three times higher than Chandra detects. X-rays seen from the central point source arise from the binary’s stellar wind collision. The NuSTAR detection shows that shock waves in the wind collision zone accelerate charged particles like electrons and protons to near the speed of light. Some of these may reach Earth, where they will be detected as cosmic ray particles. X-rays scattered by debris ejected in Eta Carinae's famous 1840 eruption may produce the broader red emission. Credits: NASA/CXC and NASA/JPL-Caltech)



 에타 카리나(Eta Carinae) 혹은 용골자리 에타별은 지구에서 7,500광년 떨어진 별이지만, 그 밝기 때문에 오래 전부터 인류에게 존재를 각인시킨 별입니다. 각각 태양의 90배와 30배 질량의 거대 별이 태양 - 화성 정도 거리에서 5.5년을 주기로 서로의 질량 중심을 공전하고 있습니다. 밝기는 태양의 500만배와 100배 정도로 주변으로 강력한 항성풍을 뿜어내고 있기 때문에 사실 별 자체는 지구에서 관측이 되지 않고 거대하게 부풀어오른 가스 성운의 형태로 보이고 있습니다. 에타 카리나의 독특한 구조는 과학자들에게 매우 흥미로운 연구 대상으로 많은 연구가 이뤄지고 있습니다. 




 나사 고다드 우주 비행 센터의 천체물리학자인 켄지 하마구치(Kenji Hamaguchi, an astrophysicist at NASA’s Goddard Space Flight Center)와 그의 동료들은 페르미와 NuSTAR 데이터를 이용해서 에타 카리나에서 뿜어져나오는 강력한 우주선(cosmic ray)의 정체를 밝혀냈습니다. 


 과학자들은 페르미 감마선 관측 위성 데이터를 통해서 에타 카리나에서 지구까지 초고에너지 입자가 도달한다는 사실을 발견했습니다. 하지만 어떤 상황에서 이런 높은 에너지가 발생하는지는 알 수 없었습니다. 연구팀은 NuSTAR를 이용해서 감마선보다 낮지만, 그래도 상당히 높은 온도를 지닌 에너지 입자의 흐름을 발견했습니다. 


 X선은 자연적으로는 섭씨 수백만도 이상의 높은 온도의 가스에서 방출됩니다. 에타 카리나에서 나오는 낮은 X선도 섭씨 4000만도에서 나오는 것으로 생각되지만, 연구팀은 이보다 3배 높은 에너지인 3만 eV (참고로 가시 광선은 2-3eV)의 X선 파장을 관측했습니다. 이는 단순히 두 별의 항성풍에 의한 충격파로는 설명되지 않는 것입니다. 


 연구팀에 따르면 가장 가능성 높은 설명은 두 개의 항성풍미 만나는 경계면에서 입자 가속이 일어나 매우 높은 에너지가 발생한다는 것입니다. 이는 이전 관측 결과로는 설명하기 어려웠던 독특한 현상입니다. 새로운 관측 데이터와 그 해석을 통해 과학자들은 이 독특한 항성계에 좀 더 가까이 다가갈 수 있었습니다. 




(동영상) 


 에타 카리나는 인류보다 훨씬 오랜 세월을 살겠지만, 사실 수명이 매우 짧은 별입니다. 무거운 별이 먼저 초신성 폭발로 사라지고 가벼운 동반성 역시 수백만년 이내로 같은 운명을 겪을 것입니다. 하지만 이들이 그 과정에서 우주 공간으로 뿌리는 무거운 원소는 지구 같은 행성을 형성하는데 없어서는 중요한 재료입니다. 무거운 별의 진화와 최후를 아는 것은 우주의 진화는 물론 우리의 기원을 아는 것과 관계가 있습니다. 에타 카리나는 지구에서 비교적 가까운 거대별로 앞으로 계속해서 과학자들에게 흥미로운 연구 대상이 될 것입니다. 


 참고




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