한커(韓珂)
【정견망】
사이언스 데일리 웹사이트의 2011년 10월 7일 자 보도에 따르면, 천체물리학자들은 게자리 펄서에서 방출되는 감마선 펄스 에너지가 현재의 펄서 이론으로 설명할 수 있는 범위를 훨씬 초과한다는 사실을 발견했다.
한 국제 공동 연구팀은 10월 7일 자 ‘사이언스(Science)’에 발표한 논문을 통해, 애리조나주 휘플 천문대의 VERITAS 망원경 배열을 사용해 에너지가 1000억 전자볼트(100 GeV)를 초과하는 놀라운 감마선 펄스를 탐지했다고 밝혔다. 해당 논문의 제1저자이자 캘리포니아 대학교 산타크루즈 분교의 박사후연구원인 네포무크 오테(Nepomuk Otte)는 일부 연구원들이 자신에게 이 에너지 영역에서 펄서의 복사를 관측하는 것은 미친 짓이라고 말하기도 했다고 전했다.
오테는 “끝까지 버티고 노력한 결과 결실을 보았다. 이러한 결과는 감마선 복사 발생 메커니즘에 새로운 제약을 제기한다”라고 말했다.
오테와 몬트리올 맥길 대학교의 앤드루 맥캔(Andrew McCann), 그리고 스미스소니언 천문대의 마틴 슈뢰터(Martin Schroedter)가 주요 분석 연구를 수행했으며, 여기에는 VERITAS 협력단에 소속된 약 100명의 과학자가 참여했다. VERITAS의 대변인이자 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 분교(UCLA)의 물리 및 천문학 교수인 르네 옹(Rene Ong)은 강력한 감마선 천문대를 사용해 게성운 펄서를 연구하자고 제안한 주요 주창자로서 오테를 높이 평가했다.
“이것은 내게 진정한 실험 방법의 승리이다. 트렌드를 따르거나 가정하지 않고, 그저 관찰하고 무엇이 보이는지 확인하는 것이다. 보라, 우리는 누구나 예상했던 것과 다른 것을 보아냈다”라고 옹 교수는 말했다.
게성운 펄서는 빠르게 회전하는 중성자별로, 1054년의 장엄한 초신성 폭발이 만들어낸 찬란한 게성운의 중심에 거대 질량 항성이 붕괴하며 남긴 핵이 형성한 펄서다. 이는 우주에서 가장 깊이 연구된 대상 중 하나다. 펄서는 1초에 약 30회 회전하며, 회전하는 강력한 자기장을 가지고 있어 그로부터 복사를 방출한다. 마치 등대의 등대 불빛처럼, 이들은 별의 회전축과 일치하지 않는다. 따라서 복사 자체는 안정적이지만, 지구에서 탐지될 때는 빠른 복사 펄스로 나타난다.
오랫동안 과학자들은 펄서의 복사가 펄서의 빠른 회전 자기장에 의해 유도된 전자기력으로 인해 전하를 띤 입자가 빛의 속도에 가까운 속도로 가속되면서 넓은 스펙트럼의 복사를 생성하는 것이라고 믿어왔다. 하지만 구체적인 세부 사항은 여전히 수수께끼로 남아 있다.
공동 연구자인 캘리포니아 대학교 산타크루즈 분교의 과학 부교수 데이비드 윌리엄스(David Williams)는 “수년간 게성운 펄서를 관측한 결과를 바탕으로 우리는 그 작동 메커니즘을 이해하고 있다고 생각했다. 모델에서는 약 100억 전자볼트 이상의 방출 스펙트럼이 지수함수적으로 감쇄할 것으로 예측했기 때문에, 1000억 전자볼트 이상의 에너지에서 펄스 감마선을 발견한 것은 정말로 놀라운 일이다”라고 말했다.
이 새로운 성과가 나오기 전까지 과학자들은 게성운 맥충성의 펄스 감마선 복사를 ‘곡률 복사(curvature radiation)’라고 불리는 메커니즘으로 설명했다. 즉, 고에너지 대전 입자가 휘어진 자기장을 따라 이동할 때 발생하는 복사다. 하지만 오테에 따르면 이 메커니즘으로는 1000억 전자볼트의 에너지를 초과하는 감마선을 설명할 수 없다.
“곡률 복사가 지배적인 전통적 설명이었지만, VERITAS의 결과는 반드시 다른 메커니즘이 존재해야 함을 보여준다”라고 오테는 말했다. “곡률 복사는 에너지가 비교적 낮은 복사는 설명할 수 있지만, 무엇이 매우 높은 에너지를 가진 복사를 유발했는지는 정말 모른다.”
VERITAS의 관측은 빛의 속도가 보편적인 상수라는 아인슈타인의 특수상대성이론을 테스트할 새로운 경로를 열어주었다. 양자역학과 일반상대성이론을 조화시키기 위해 등장한 양자중력이론의 예언 중 하나는, 빛의 속도가 실제로는 광자의 에너지에 약간 의존할 수 있다는 것이다. 이는 특수상대성이론의 핵심인 ‘로렌츠 불변성’을 위배한다. 펄서가 빛을 방출할 때 서로 다른 에너지를 가진 광자들이 동시에 방출된다. 만약 서로 다른 에너지를 가진 광자들이 다른 속도로 여행한다면, 그 효과는 펄스 위치에서 서로 다른 에너지의 광자들이 미세하게 변화하는 모습으로 나타날 것이다.
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/78091