우주 이야기 1216 - 먼 은하에서 발견된 강력한 펄서

 

(Top Left:A giant blue star, much more massive than our Sun, has consumed, through nuclear fusion at its center, all its hydrogen, helium, and heavier elements up to iron. It now has a small iron core (red dot) at its center. Unlike the earlier stages of fusion, the fusion of iron atoms absorbs, rather than releases, energy. The fusion-released energy that has held up the star against its own weight now is gone, and the star will quickly collapse, triggering a supernova explosion.Top Right:The collapse has begun, producing a superdense neutron star with a strong magnetic field at its center (inset). The neutron star, though containing about 1.5 times the mass of the Sun, is only about the size of Manhattan.Bottom Left:The supernova explosion has ejected a fast-moving shell of debris outward into interstellar space. At this stage, the debris shell is dense enough to shroud from view any radio waves coming from the region of the neutron star.Bottom Right:As the shell of explosion debris expands over a few decades, it becomes less dense and eventually becomes thin enough that radio waves from inside can escape. This allowed observations by the VLA Sky Survey to detect bright radio emission created as the rapidly spinning neutron star's powerful magnetic field sweeps through the surrounding space, accelerating charged particles. This phenomenon is called a pulsar wind nebula. Credit: Melissa Weiss, NRAO/AUI/NSF)

(VLA images of the location of VT 1137-0337 in 1998, left, and 2018, right. The object became visible to the VLA sometime between these two dates. Credit: Dong & Hallinan, NRAO/AUI/NSF)

 천문학자들이 펄서풍 성운 (pulsar wind nebula) 라는 매우 드문 현상을 멀리 떨어진 은하에서 관측했습니다. 태양보다 적어도 8배 이상 무거운 별은 점점 무거운 원소를 핵융합 연료로 사용한 후 철이 축적되면 에너지를 내놓는 대신 흡수하기 때문에 최후를 맞이하게 됩니다. 초신성 폭발 후 남은 무거운 원소는 질량에 따라 중성자별 혹은 블랙홀의 운명을 겪게 됩니다. 

 하지만 이렇게 초신성 폭발 후 막 생성된 중성자별에 대해서는 제한적인 정보만이 알려져 있습니다. 초신성 폭발 후 중성자별 주변에는 두꺼운 잔해물이 남기 때문입니다. 중성자별의 강한 중력에 잡힌 물질들은 시간이 지나면서 흩어지거나 혹은 흡수되어 점점 사라지게 됩니다. 그리고 이 시기가 되야 전파 망원경으로 관측이 가능합니다. 이때 관측되는 것이 펄서의 강한 자기장으로 가속된 입자의 성운인 펄서풍 성운입니다. (위의 사진 참조) 

 미 국립 전파 천문대의 딜롱 동 (Dillon Dong)은 VLA Sky Survey (VLASS) 데이터에서 VT 1137-0337라는 독특한 천체를 발견했습니다. 이 천체는 지구에서 3억9500만 광년 떨어진 왜소은하 J113706.18-033737.1에 있습니다. 이 은하는 태양 질량의 1억 배 정도로 우리 은하와 비교하면 정말 작은 왜소은하입니다. 

 미 국립 과학 재단의 Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) 는 관측 가능한 하늘의 80%를 2017년부터 관측해 왔습니다. 그리고 사실 해당 천체가 있던 위치를 1998년에도 관측한 바 있습니다. 1998년엔 없던 천체가 적어도 2018년부터 나타났기 때문에 이는 매우 최근에 보인 천체입니다. 

 연구팀은 강력한 전파 신호로 볼 때 이것이 펄서의 강력한 자기장으로 인해 주변 입자가 초고속으로 가속된 펄서풍 성운인 것으로 생각하고 있습니다. 최소 17년에서 아마도 60-80살 미만의 매우 어린 펄서 주변의 아광속 전하 입자에서 나오는 강력한 전파를 관측한 것입니다. 

 이런 펄서의 진화는 중성자별 전체 생애에서 매우 짧은 한 순간 입니다. 하지만 강력한 에너지를 방출하기 때문에 이렇게 먼 거리에서도 관측이 가능한 것입니다. 연구팀은 이 펄서 주변 성운이 방출하는 에너지가 1054년 초신성 폭발을 일으킨 게 성운 보다 1만 배는 강하다고 보고 있습니다. 

 쉽게 관측할 수 없는 펄서의 놀라운 모습을 순간 포착한 셈인데 앞으로 대규모 데이터가 쌓이면 이런 모습들이 더 많이 볼 수 있을 것으로 생각합니다. 

 참고 

https://phys.org/news/2022-06-astronomers-evidence-powerful-pulsar-distant.html