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- 이러한 펄스는 서로 계속 접촉하는 자기장에서 반복되는 "단락"에 의해 발생
- 전자는 일괄적으로 가속되고 전자기 진동을 생성
- 맥박이 단 하나의 출처에서 나온 것이 아니라 두 곳에서 나왔다는 것

태양 플레어의 "심장 박동"이 풀리다.
천문학자들은 태양 플레어에서 준주기적인 펄스의 기원을 밝힌다.

불가사의한 맥동:
천문학자들은 우리 태양이 모든 파장에서 감지할 수 있는 일종의 심장 박동과 같은 방사선 폭발 중에 준주기적인 맥동을 생성하는 이유를 발견했다. 새로운 관측에 따르면 이러한 펄스는 서로 계속 접촉하는 자기장에서 반복되는 "단락"으로 인해 발생한다. 전자는 일괄적으로 가속되고 전자기 진동을 생성한다. 

▲ 태양에 방사선 폭발이 있을 때 방사선 방출에서 준주기적인 맥동이 감지되는 경우가 많다. 그러나 그것이 어디에서 왔는지는 지금까지 미스터리였다. © NASA/Solar Dynamics Observatory

초기와 달리 오늘날 우리의 태양은 다소 조용한 별이다. 그럼에도 불구하고 특히 태양 주기의 활성 단계에서 강력한 복사 폭발을 일으킬 수 있다. 플라스마로 채워진 자기장선의 큰 호와 매듭이 형성되어 멀리 우주로 아치형을 이룬다. 이러한 루프가 끊어지거나 인접한 필드 라인이 "단락"되면 억눌린 에너지가 강렬한 방사선 폭발, 즉 태양 플레어로 방출된다.

심장 박동과 같은 맥동

1960년대부터 천문학자들은 그러한 태양 플레어에서 심장 박동과 유사한 일종의 맥동을 관찰해 왔다. 준주기 진동은 전파 범위뿐만 아니라 다른 파장에서도 측정할 수 있다. 공저자인 New Jersey Institute of Technology의 Sijie Yu는 "이 맥동 패턴은 믿을 수 없을 정도로 강력한 폭발 동안 태양에서 에너지가 어떻게 방출되고 분배되는지 이해하는 데 중요하다"고 설명했다.

그러나 이 맥동을 일으키는 원인은 지금까지 미스터리로 남아 있다. 일부 과학자들은 이러한 진동이 관상 플라즈마 루프의 파동에 의해 발생한다고 의심하는 반면, 다른 과학자들은 이러한 펄스가 자기 재연결(자기장 라인의 단락)에 의해 발생할 가능성이 더 높다고 생각했다.

병렬 관찰을 통해 

이제 행복한 우연이 더 명확하게 만들었다. 2017년 여름 태양 플레어 동안 여러 기기가 서로 다른 각도와 서로 다른 파장에서 일어나는 일을 동시에 기록했기 때문이다. 극자외선(EUV) 이미지는 이 플레어가 플라즈마 필라멘트의 분출에 의해 발생했음을 보여준다.

동시에, 캘리포니아에 있는 EOVSA(Expanded Owens Valley Solar Array)의 마이크로파 안테나는 이 플레어에서 나오는 무선 방출을 기록했다. 이때 약 10~20초 간격으로 선명한 맥박을 감지할 수 있었다. 무선 및 EUV 서명을 면밀히 분석한 결과 이러한 펄스가 전류 시트의 바닥에서 발산되는 것으로 나타났다. 거의 2차원에 가까운 이 전기장은 플레어 소스 영역을 통해 35,000km 이상 확장되었다.

▲ 캘리포니아에 있는 EOVSA 관측소의 관측은 준주기 펄스의 출처를 식별하는 데 도움이 되었다. © Sijie Yu/ NJIT/CSTR, Yuankun Kou/ NJU, NASA SDO/AIA

두 개의 소스 위치

그러나 놀라운 점은 맥박이 단 하나의 출처에서 나온 것이 아니라 두 곳에서 나왔다는 것이다. "흥미롭게도 우리가 예상하지 못한 두 번째 출처가 있다"고 Kou는 보고했다. "그것은 또한 이 전기장 때문이며 준주기적 맥동의 주요 소스와 유사한 방식으로 맥동한다." 측정에 따르면 두 소스의 스펙트럼 및 밝기 온도는 플레어에서 서로 거의 동시에 그리고 펄스와 함께 변동한다.

EOVSA 안테나의 고해상도 이미지 덕분에 천문학자들은 이러한 변동이 어디서 발생하는지 더 정확하게 결정할 수 있었다. 펄스 소스는 관상 플라즈마 아크 바로 위에 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 "이것은 준주기적인 자기 재연결이 맥동하는 플레어 방출의 원인임에 틀림없다는 설득력 있는 증거를 제공한다"고 적었다. 이것이 정확히 어떻게 발생하는지, 그들은 천체물리학적 모델링의 도움으로 명확히 했다.

자기 섬, 빠른 전자의 재연결 및 폭발

이 시나리오에 따르면, 자기장의 기포와 같은 교란인 자기 섬은 자기장 라인에 의해 형성된 전류층의 가장자리에서 반복해서 형성된다. 이 섬들은 점진적으로 폭발의 활성 영역으로 이동하고 그곳에서 반복적인 자기 재연결을 이끈다. "이 준주기적 재연결로 인해 전자도 준주기적으로 가속된다"고 Kou와 그의 동료들은 설명했다. 이러한 전자와 플레어의 플라즈마 루프의 상호 작용은 전자기 맥동을 생성한다.

연구원들에 따르면 이것은 이제 태양 플레어의 "심장 박동"이 어떻게 발생하는지에 대한 질문을 명확히 한다. "우리는 마침내 플레어에서 준주기 펄스의 기원을 찾았고 버스트 전류 레이어에서 주기적 재연결의 결과로 식별했다"고 Yu는 말했다. 따라서 이러한 결과는 우리 태양의 복잡한 과정을 해독하는 데 더욱 기여한다.
(nature communications, 2022; doi: 10.1038/s41467-022-35377-0)
출처: New Jersey Institute of Technology

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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