우주 이야기 1067 - 우주에서 가장 강력한 자기장 관측

(Credit: Pixabay/CC0 Public Domain)

중국 과학원의 고에너지 물리학 연구소와 독일 튀빙겐 에버하르트 카를 대학 (Institute of High Energy Physics (IHEP) of the Chinese Academy of Sciences and Eberhard Karls University of Tübingen, Germany)의 과학자들이 우주에서 가장 강력한 자기장을 발견했습니다. 이 자기장이 발견된 장소는 X선 펄서 (X-ray pulsar)인 GRO J1008-57입니다.

펄서는 빠른 속도로 자전하는 중성자별입니다. 중성자별은 별의 남은 부분이 강력한 중력으로 압축되어 생기는 하나의 거대한 원자핵으로 수축시 각운동량 보존의 법칙에 따라 자전 속도가 빨라져 자전 주기가 1초 미만인 밀리세컨드 펄서가 될 수 있습니다. 그런데 보존되는 것은 회전 에너지인 각운동량만이 아닙니다. 자기장 역시 크기가 작아져도 사라지지 않고 보존되기 때문에 중성자별은 표면에 강력한 자기장을 지니게 됩니다. 여기에 자전 속도까지 빠르면 중성자별은 고속으로 회전하는 발전기가 됩니다.

따라서 펄서 표면에서 강력한 자기장이 검출된다는 것은 놀라운 일이 아니지만, GRO J1008-57의 자기장은 특별히 더 강력한 것으로 나타났습니다. 중국의 X선 관측 위성인 Insight-HXMT이 관측한 에너지는 특별히 더 큰 것이었습니다. 90 keV 에너지에서 관측한 cyclotron resonant scattering feature (CRSF) 신호는 이 중성자별이 대략 10억 T (테슬라)의 자기장을 지니고 있음을 보여줬습니다.

현재 일반적으로 사용되는 MRI의 경우 1.5-3T 사이 자기장을 사용하며 실험실 환경에서는 100T급 이상도 구현한 바 있습니다. 그런만큼 10억T라는 것은 인간이 상상도 하기 어려운 강력한 자기장이라고 할 수 있습니다. 중성자별이라는 극단적 환경에서만 가능한 수치이기도 합니다. 우리가 있는 우주에서 자기장의 세기가 어디까지 강해질 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2020-09-strongest-magnetic-field-universe-x-ray.html

M. Y. Ge et al. Insight-HXMT Firm Detection of the Highest-energy Fundamental Cyclotron Resonance Scattering Feature in the Spectrum of GRO J1008-57, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/2041-8213/abac05

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