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- 초광도 펄서는 16억 테슬라의 자기장 강도로 새로운 기록 달성
- Swift J0243.6+6124로 명명된 이 쌍성계, 2017년 극도의 에너지 제트 폭발 겪으면서 발견
- 자기장은 복잡한 다극 구조를 갖는 것으로 보여.

우주 자기장 기록
초광속 펄서는 16억 테슬라로 측정된 가장 강력한 자기장을 가지고 있다.

천문학자들이 은하수의 중성자별에서 우주에서 가장 강한 자기장을 측정했다. 초광도 펄서는 16억 테슬라의 자기장 강도를 가지며 이는 새로운 기록이다. 이 자기 강도는 이 펄서에서 방출되는 강한 X선의 미묘한 변조를 통해 측정되었다. 측정은 또한 이 별의 잔해가 다극 자기장을 가지고 있음을 나타낸다. 

▲ 매우 밝은 Pulsar Swift J 0243.6+6124는 지금까지 측정된 가장 강력한 자기장을 가지고 있다. 이것은 146킬로전자볼트의 에너지에서 X선 ​​스펙트럼의 흡수선에서 읽을 수 있다. © IHEP

자기장은 종종 전하를 이동하여 생성된다. 지구의 핵심에서 이것은 우리 행성의 지오다이나모를 구동하고, 기술 장치나 실험실에서는 전자석을 끌어당긴다. 그러나 그들의 자기장 강도는 우주 자기장 생성기에 의해 달성되는 것과 비교할 때 희미하다. 블랙홀 또는 특정 중성자 별 주변의 고도로 가속된 입자 흐름(소위 마그네타)은 수백만 테슬라의 자기장을 생성할 수 있다.

엄청난 광채를 지닌 펄서

최근 천문학자들은 우주 자기장 발생기 중에서 새로운 기록 보유자를 발견했다. 파트너 별에서 다량의 물질을 추출하는 중성자별이다. 이것은 강력한 X선을 방출한다. Swift J0243.6+6124로 명명된 이 쌍성계는 2017년 극도의 밝기와 에너지의 제트 폭발을 겪으면서 발견됐다. 천문학자들은 중성자별이 초광도 펄서라고 결론지었다.

그러한 초광도 중성자별은 특히 강한 자기장을 가지고 있어야 한다는 것이 오랫동안 의심되어 왔다. “Swift J0243.6+6124의 자기장을 결정하기 위해 이미 다양한 방법이 사용되었으나 이것은 상충되는 결과를 낳았다”라고 베이징에 있는 중국과학원의 링다콩과 그의 팀이 설명했다. 그래서 그들은 새로운 중국 X선 망원경 Insight-HXMT로 2020년 펄서를 다시 한 번 목표로 삼았다.

▲ 그림 1. 2차원(2D) 지도는 시간에 따른 펄스 프로파일의 진화를 설명한다. 색상은 (Pulse –PulseMin)/(평균 카운트 속도 – PulseMin), 여기서 PulseMin은 펄스 강도의 최소값이다. 펄스 프로파일은 배경을 뺀 광 곡선에서 접힌다. 위상 0.6–1.0의 주 펄스는 평균 계수율보다 높고 위상 0.2–0.4의 작은 피크는 평균에 가깝거나 낮다. 70.0–90.0 keV 및 90.0–120.0 keV에 대한 음수 값에 해당한다. (출처:관련논문 Insight-HXMT Discovery of the Highest-energy CRSF from the First Galactic Ultraluminous X-Ray Pulsar Swift J0243.6+6124 / The Astrophysical Journal Letters, 933:L3 (9pp), 2022 July 1)

X선 스펙트럼의 텔테일 라인

분석 결과 펄서 방사선의 X선 스펙트럼에서 두드러진 흡수선이 나타났다.
이것은 146KeV(킬로전자볼트)의 에너지 범위에 있었고 천문학자들이 보고한 바와 같이 소위 사이클로트론 공명산란의 전형적인 징후를 보여주었다. 이 선은 전자가 천체의 자기장에서 극도로 산란되고 가속될 때 형성된다. 그런 다음 X선을 만나면 이 방사선의 특정 부분을 삼킨다.

여기서 결정적인 요소는 이 흡수선이 발생하는 에너지가 이벤트 위치의 자기장 강도에 대한 결론을 도출할 수 있도록 하며, Swift J0243.6+6124의 경우 이는 엄청나다. "이것의 사이클로트론 공명산란 에너지는 중성자별에서 측정된 것 중 가장 높다"고 Kong과 그의 동료들은 썼다. 이전 기록 보유자들을 훨씬 뛰어넘는 기록이기도 하다.

▲ 그림 2. 스펙트럼 피팅에 대해 2017년 11월 3일부터 11월 8일까지의 관측치를 결합한다. 왼쪽 패널: 위상 평균의 스펙트럼 피팅 및 잔류 스펙트럼. 오른쪽 패널: 위상 0.8–0.9에서 스펙트럼의 스펙트럼 피팅 및 잔류 (출처: 관련논문)

지금까지 측정된 가장 강력한 자기장

이것이 의미하는 것은 이 중성자별 주변의 자기장도 극도로 강해야 한다. 천문학자들은 측정값을 기반으로 16억 테슬라의 전기장 강도에 도달했다. "이것은 사이클로트론 공명산란을 사용해 직접 측정한 가장 강력한 표면 자기장이다"라고 팀이 설명했다. 따라서 이 초광도 펄서는 우주에서 지금까지 알려진 가장 강력한 자기장을 가질 수 있다.

Swift J0243.6+6124에서 방출된 X선을 자세히 분석한 결과 이 ​​펄서에는 지구와 같은 단순한 쌍극자 자기장이 없음을 알 수 있다. 그 대신 자기장은 복잡한 다극 구조를 갖는 것으로 보인다고 Kong과 그의 동료들은 보고했다. 이러한 X선 쌍성의 다른 중성자별도 다중극 자기장을 가질 수 있다.

이것이 확인된다면, 이것은 또한 많은 중성자별 자기장에 대한 모순된 측정 데이터를 설명할 수 있다. 이전에 사용된 다른 측정 방법은 자기장의 쌍극자 성분만 기록했기 때문에 자기장의 전체 강도를 놓쳤다.
(Astrophysical Journal Letters, 2022; doi: 10.3847/2041-8213/ac7711)
출처: 중국과학원 본부

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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