우주 이야기 443 - IBEX가 확인한 태양풍과 성간 자기장

((Artist concept) Far beyond the orbit of Neptune, the solar wind and the interstellar medium interact to create a region known as the inner heliosheath, bounded on the inside by the termination shock, and on the outside by the heliopause. Credit: NASA/IBEX/Adler Planetarium)

 나사의 IBEX (Interstellar Boundary Explorer)는 지난 2008년 발사된 위성으로 지구 주변 궤도에서 데이터를 수집하지만, 사실은 우주 저편에서 오는 입자와 태양풍의 흐름을 측정하는 목적으로 개발된 위성입니다. IBEX는 기존의 이론에서는 예측하지 못했던 여러 가지 흥미로운 사실을 관측했는데, 그중에는 IBEX ribbon이라고 불리는 입자의 흐름이 있습니다. 

 태양에서는 강력한 입자의 흐름인 태양풍이 나옵니다. 당연히 태양풍의 흐름은 태양에서 멀어지면 약해지게 됩니다. 어느 순간에는 태양에서 나온 입자들이 힘이 매우 약해지는 Termination shock가 오고 이 다음 부위에서는 태양풍의 흐름이 0에 가까워지는 Heliopause에 도달하게 됩니다. 이 밖은 성간 입자의 흐름이 지배하고 있습니다. 

 하지만 IBEX는 실제로는 이런 이론보다 더 복잡한 현상을 발견했습니다. 리본이라는 명칭은 사실은 태양에서 나온 입자의 흐름이 마치 리본처럼 밖으로 나와있다는 것입니다. 사우스웨스트 연구소의 과학자 에릭 저스테인(Eric Zirnstein, a space scientist at the Southwest Research Institute in San Antonio)과 그의 동료들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 이와 같은 리본의 존재가 왜 생기는지 규명했습니다. 

(This simulation shows the origin of ribbon particles of different energies or speeds outside the heliopause (labeled HP). The IBEX ribbon particles interact with the interstellar magnetic field (labeled ISMF) and travel inwards toward Earth, collectively giving the impression of a ribbon spanning across the sky. Credits: SwRI/Zirnstein) 

(The IBEX ribbon is a relatively narrow strip of particles flying in towards the sun from outside the heliosphere. A new study corroborates the idea that particles from outside the heliosphere that form the IBEX ribbon actually originate at the sun – and reveals information about the distant interstellar magnetic field. Credits: SwRI) 

 연구팀에 의하면 태양에서 나온 일부 양성자 (즉 수소 원자핵) 는 태양풍과 성간 물질의 중간 경계에서 전자를 획득해 전하가 0인 상태가 될 수 있습니다. 그러면 성간 자기장의 영향을 받지 않고 아주 쉽게 성간 자기장으로 돌입할 수 있게 됩니다. 

 다시 여기서 전자를 잃고 전하를 띄는 양성자가 되면 성간 물질에 합류할 수도 있지만, 경우에 따라서는 다시 전자를 얻어 이번에는 반대 방향으로 태양권안으로 진입할수도 있습니다. 이와 같은 물질 교환은 IBEX에서 리본처럼 관측되었다는 것이 이들의 주장입니다. 

 이와 같은 가설은 더 검증이 필요하겠지만, 한가지 확실한 것은 태양풍과 주변의 은하의 성간 물질과 자기장의 반응이 위의 모식도처럼 단순하지 않다는 것입니다. 실제로 물질 교환과 자기장의 작용은 매우 복잡하게 일어나게 됩니다. 그리고 이런 작용은 아마 다른 별에서도 비슷하게 일어날 것입니다.

 태양은 우리가 근처에서 관측이 가능한 유일한 별입니다. 그런만큼 우리는 태양에 대해서 더 많은 연구를 진행해야 할 것입니다. 

 참고 

E. J. Zirnstein et al. LOCAL INTERSTELLAR MAGNETIC FIELD DETERMINED FROM THE RIBBON , The Astrophysical Journal (2016). DOI: 10.3847/2041-8205/818/1/L18 

 http://phys.org/news/2016-02-nasa-ibex-pin-interstellar-magnetic.html#jCp