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우주 이야기 826 - 마이크로퀘이사를 관측한 High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory (HAWC)



(The High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory (HAWC) is a detector designed to look at gamma-ray emission coming from astronomical objects such as supernova remnants, quasars and rotating dense stars called pulsars. Located roughly 13,500 feet above sea level near the Sierra Negra volcano in Mexico, the detector is composed of more than 300 tanks of water, each about 24 feet in diameter. When particles strike the water, they produce a shock wave of blue light called Cherenkov radiation. Special cameras in the tanks detect this light, allowing scientists to determine the origin of incoming gamma rays. Credit: Jordan Goodman/University of Maryland)​
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 멕시코 고산 지대에 해발 4,100m의 높은 산 위에 300개가 넘는 거대한 물탱크가 설치되어 있습니다. ​High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory (HAWC)라고 불리는 이 장치는 메릴랜드 대학을 포함한 미국 내 15개 기관과 멕시코 12개 기관이 힘을 합쳐 건설한 대형 천체물리학 관측 장비로 외형은 그렇게 생기지 않았지만, 일종의 감마선 망원경이라고 할 수 있습니다.
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 높이 5m, 지름 7.3m의 물탱크 안에는 188,000리터의 물이 담겨 있으며 그 바닥에 4개의 광증폭 튜브 (photomultiplier tube)가 있어 체레코프 방사 (Cherenkov radiation)라고 알려진 고에너지 입자가 물에서 일으키는 충격파를 감지합니다. 이 장치가 감지하고자 하는 것은 우주에서 날아오는 100GeV에서 50TeV의 고에너지 감마선입니다.
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 이런 고에너지 우주선은 대기 상부에서 대기 입자와 충돌해 양전자와 전자 등 여러 입자를 만들면서 사라지게 됩니다. 따라서 지상에서는 이를 관측하기 힘들지만, 그 결과로 생기는 다른 입자의 형성을 감지해 감마선의 존재를 알아낼 수 있습니다. 300개가 넘는 거대한 물탱크 어레이는 입자의 존재와 방향을 알아내는 데 상용됩니다.
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(동영상 ) 
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 메릴랜드 대학의 조던 굿맨 교수(Jordan Goodman, a Distinguished University Professor at the University of Maryland)​가 이끄는 국제 천문학자팀은 HAWC를 이용해서 지구에서 15000광년 떨어진 마이크로퀘이사 (microquasar)인 SS 433을 관측했습니다. 마이크로퀘이사는 퀘이사와 비슷하게 감마선을 비롯해서 고에너지 영역에서 강력한 에너지를 내놓는 천체로 우리 은하와 그 너머에 존재하는 천체입니다. 그 정체는 주변에서 많은 물질을 흡수하는 펄서나 블랙홀 등으로 생각되고 있으나 그 정확한 정체에 대해서는 아직 모르는 부분이 많습니다. 


 이번 관측에서는 SS 433의 제트에서 나오는 입자의 가속을 확인해 그 성질에 대해서 많은 정보를 알아낼 수 있었다고 합니다. 퀘이사의 경우 지구쪽으로 향하는 제트의 에너지 방사만 관측 가능하지만, 마이크로 퀘이사의 경우 더 다양한 각도에서 관측이 가능해 그 성질과 구조를 알아내는 데 도움이 될 수 있습니다. 


 아무튼 거대한 물탱크를 이용한 천체 관측 장비라는 점이 흥미롭습니다. 물론 그런 관측 장비가 없는 것은 아니지만, HAWC는 처음 보면 용도를 쉽게 예상하기 어려운 관측 장비인 것 같습니다. 


 참고   
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A. U. Abeysekara et al, Very-high-energy particle acceleration powered by the jets of the microquasar SS 433, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0565-5 


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