우주 이야기 1605 - 작은 은하에서 포착된 중성자별 충돌

 (Credit: X-ray: NASA/CXC/Penn State Univ./S. Dichiara; IR: NASA/ESA/STScI; Illustration: ERC BHianca 2026 / Fortuna and Dichiara, CC BY-NC-SA 4.0; Image Processing: NASA/CXC/SAO/P. Edmonds)

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나사의 여러 관측 임무들이 매우 드문 중성자별 충돌의 징후를 포착했습니다. 펜실베이니아 주립대학교의 시몬 디키아라 교수 Simone Dichiara of Penn State University 연구팀은 2023년 9월 6일에 발생한 GRB 230906A를 조사하기 위해 찬드라 X선 관측소, 페르미 감마선 우주 망원경, 닐 게럴스 스위프트 관측소, 허블 우주 망원경을 포함한 여러 NASA 망원경을 활용했습니다.

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감마선 폭발 gamma-ray bursts (GRBs)는 매우 강력한 에너지를 뿜어내는 현상으로 중성자별의 충돌 같은 극단적인 사건에서 일어날 수 있습니다. 중성자별은 태양보다 무거운 별이 초신성 폭발 후 생기는 매우 밀도가 높은 천체로 태양보다 질량이 크지만, 지름은 도시 안에 들어갈 수 있을 정도로 작습니다. 따라서 충돌시 엄청난 에너지가 방출됩니다.

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대개 중성자별 사이의 충돌은 매우 드물기 때문에 과학자들은 큰 은하계나 적어도 중간 크기의 은하에서 이런 현상들을 관측했습니다. 하지만 이번에 관측된 GRB 230906A난 이례적으로 작은 은하에서 관측됐습니다.

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연구팀은 그 이유 중 하나로 다른 은하와의 충돌을 들었습니다. 이 충돌은 약 47억 광년 떨어진 아주 작은 은하에서 발견되었으며, 이 은하는 약 60만 광년 길이의 가스 흐름 속에 파묻혀 있습니다. (참고로 우리 은하의 지름은 약 10만 광년입니다.) 이 가스 흐름은 수억 년 전 은하들이 충돌하면서 각 은하에서 가스와 먼지가 떨어져 나와 은하간 공간에 남게 되면서 생성된 것으로 추정됩니다.

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따라서 본래 이 은하는 그렇게 작지 않은 은하였던 것으로 보이며 두 중성자별의 충돌이 일어날 만큼 큰 별을 여럿 거느렸던 것으로 추정됩니다. 과학자들은 충돌 후 다시 일어난 충돌을 관측한 셈입니다.

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이번 연구는 다양한 파장에서 우주를 관측하는 망원경 네트워크 덕분에 가능했습니다. 우선 페르미 우주망원경은 감마선 폭발(GRB)의 특징적인 신호를 포착하여 중성자별 충돌을 발견했습니다. 행성간 네트워크(InterPlanetary Network)를 이용하여 페르미 신호의 위치를 대략적으로 파악한 후, 천문학자들은 찬드라, 스위프트, 허블 우주망원경의 선명한 이미지를 활용하여 해당 천체의 위치를 더욱 정확하게 특정했습니다.

중성자별의 충돌 같은 극단적인 사건은 금이나 백금 같은 무거운 원소를 생산하는 과정으로 이해되고 있습니다. 저 멀리 우주 어딘가에서도 금이 생성되는 셈인데 외계인도 우리처럼 금을 좋아할지 궁금해집니다.

참고

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https://phys.org/news/2026-03-nasa-extreme-star-collision.html

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S. Dichiara et al, A merger within a merger: Chandra pinpoints the short GRB 230906A in a peculiar environment, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2510.15867

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