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- 행성과 별뿐만 아니라 우리 은하와 같은 은하들도 광범위한 자기장으로 뒤덮여 있다
- 북쪽 하늘에서 지도화된 영역의 55%에서 서로 가까운 곳에 다양한 자기적 현상이 나타나
- 15m 전파 망원경은 대규모 자기 구조를 지도화하는 데 이상적인 장비,
- 이 망원경은 하늘을 매우 빠르게 스캔할 수 있어 단 6개월 만에 편광된 하늘 지도 제작

우리 은하의 자기장은 예상보다 훨씬 복잡하다.
북쪽 하늘 절반 이상에서 복잡한 자기 구조가 드러나는 지도 제작

은하의 혼란:
천문학자들이 우리 은하의 자기장을 가장 정밀하게 지도화하는 데 성공했으며, 그 과정에서 예상치 못한 사실을 발견했다. 우리 은하의 자기장이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡한 구조를 갖고 있는 것으로 나타났다. 북쪽 하늘에서 지도화된 영역의 55%에서 서로 가까운 곳에 다양한 자기적 현상이 나타나는데, 이는 우리 은하 자기장의 소용돌이, 매듭, 그리고 기타 변형을 시사한다. 이러한 복잡한 구조가 어떻게 형성되는지에 대한 추가 분석이 이제 막 시작되었으며, 앞으로 더 많은 연구가 필요하다. 

▲ 새로운 지도를 통해 우리 은하의 자기장 구조가 이전보다 훨씬 더 정밀하게 밝혀졌다. © Ordog et al./ The Astrophysical Journal Supplement Series, CC-by 4.0

행성과 별뿐만 아니라 우리 은하와 같은 은하들도 광범위한 자기장으로 뒤덮여 있다. 이러한 자기장은 가스와 먼지의 분포, 그리고 새로운 별의 형성에 영향을 미친다. 따라서 은하의 구조와 진화, 그리고 은하 사이의 상호작용 또한 자기장의 영향을 받는다. 예를 들어, 두 개의 마젤란 성운은 거대한 자기 다리로 연결되어 있으며, 우리 은하계 또한 자기장으로 가득 차 있다. 행성과 별뿐만 아니라 우리 은하와 같은 은하들도 광범위한 자기장으로 덮여 있다.

왜곡된 전파를 이용한 측정

하지만 이러한 은하 자기장을 탐지하고 정확하게 지도화하는 것은 결코 간단한 일이 아니다. 자기장은 편광된 전파에 미치는 영향을 통해 간접적으로만 감지할 수 있다. 전파가 우리에게 도달하는 과정에서 자기장을 통과할 때 진동 방향이 바뀐다. 이러한 소위 패러데이 회전 각도를 통해 자기장의 세기와 방향을 측정할 수 있다.

또한 우리 은하의 경우, 외부에서 은하를 관측할 수 없어 이러한 자기장 지도화는 쉽지 않다. 게다가 전경의 먼지구름의 영향과 실제 신호를 구분하기가 더욱 어렵다. 브리티시컬럼비아 대학교의 공동 저자인 알렉스 힐(Alex Hill)은 "수십 년 동안 우리는 은하의 자기장을 매우 대략적이고 단순화된 방식으로만 측정할 수 있었다"고 설명했다. 이전의 자기장 지도들은 은하의 자기장이 비교적 질서정연하고 그다지 복잡하지 않다는 것을 시사했다.

은하 자기 구조의 새로운 발견

새로운 자기장 지도는 이러한 생각이 잘못되었음을 밝혀냈다. 힐의 동료인 안나 오르도그(Anna Ordog)가 이끄는 천문학자들은 브리티시컬럼비아에 있는 도미니언 전파 천체물리 관측소(DRAO:Dominion Radio Astrophysical Observatory)의 데이터를 분석하는 과정에서 이를 발견했다. 대규모 자기장 지도 제작 프로젝트의 일환으로, DRAO 망원경은 지난 몇 달 동안 북쪽 하늘에서 350~1,030MHz 범위의 편광 전파를 기록해 왔다.

▲ DRAO-15 망원경은 15 × 18m 크기의 오프셋 그레고리안 반사 망원경(위)이며, 온살라 우주 천문대의 4중 능선형 플레어 혼 피드(아래)도 함께 보여준다. (출처:GMIMS-DRAGONS: A Faraday Depth Survey of the Northern Sky Covering 350–1030 MHz / Astrophysical Journal)

오르도그는 "우리의 15m 전파 망원경은 이처럼 대규모 자기 구조를 지도화하는 데 이상적인 장비다"며, "이 망원경은 하늘을 매우 빠르게 스캔할 수 있어서 단 6개월 만에 편광된 하늘 지도를 만들 수 있다"고 설명했다. 이 데이터를 바탕으로 천문학자들은 이전보다 훨씬 정확하게 북쪽 하늘 전체에 걸쳐 우리 은하의 패러데이 자전을 지도화할 수 있었다.
소용돌이, 매듭, 그리고 그 외 수많은 구조

새로운 자기장 지도는 우리 은하의 자기장이 예상보다 훨씬 더 복잡하고 "엉망"이라는 사실을 보여준다. 북쪽 하늘에서 관측 가능한 은하의 55%는 단순하고 균일한 자기장이 아닌 복잡한 구조로 이루어져 있다. 이러한 영역에서는 다양한 패러데이 회전이 근접하게 나타나는데, 이는 자기장의 소용돌이, 매듭, 그리고 기타 변형을 시사한다.

"DRAGONS 조사는 이처럼 광범위한 공간 규모에서, 그리고 북쪽 하늘 전체에 걸쳐 고도의 복잡성을 밝혀낸 최초의 연구다"고 오르독은 말했다. 은하 자기장의 이러한 복잡성은 천문학자들조차 놀라게 했다. "우리는 은하 자기장이 이전 관측 방법으로는 볼 수 없었던 훨씬 더 많은 구조를 가지고 있음을 발견했다"고 캘거리 대학교의 공동 저자인 톰 랜데커(Tom Landecker)는 설명했다.

▲ 몰바이데 투영법을 사용하여 은하 좌표계에서 정제된 패러데이 심도 스펙트럼의 0차 모멘트(M0) 지도를 나타낸다. 가장 밝은 네 개의 전파원은 마스킹 처리되었는데, 이는 이들 전파원의 빔 폭 두 배 이내 영역이 인공물로 오염되었기 때문이다. 여기에 표시된 지도에서는 ​​은하 평면을 마스킹하지 않았지만, 은하 경도 ℓ ≤ 90°인 경우 중심면에서 ±7° 위도 범위 내 영역 또한 신뢰할 수 없다. ℓ = 30°, b = −15° 부근의 작은 결측 데이터는 신호 대 잡음비가 불충분하여 마스킹 처리되었다. (출처:GMIMS-DRAGONS: A Faraday Depth Survey of the Northern Sky Covering 350–1030 MHz / Astrophysical Journal)

▲ 이 지도는 은하수에서 패러데이 회전 피크가 밀집되어 있는 영역을 보여준다. 이는 자기장의 복잡성을 나타내는 지표다. © Ordog et al./ The Astrophysical Journal Supplement Series, CC-by 4.0

"퍼즐의 중요한 조각"

천문학자들은 이제 막 새로운 자기장 지도에서 개별적인 이상 현상들을 더 자세히 분석하기 시작했다. 또한 연구진은 DRAGONS 데이터가 향후 우리 은하의 구조와 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공할 것으로 기대하고 있다. 랜데커는 "DRAGONS는 마치 나침반처럼 우리 은하의 물질과 자기장이 어떻게 조직되어 있는지, 그리고 초신성, 나선팔, 기타 구조들이 이러한 자기장과 어떻게 상호작용하는지를 보여준다"고 설명했다.

새로운 데이터는 향후 더욱 고해상도의 은하 지도 제작을 위한 준비 작업에도 활용될 예정이다. 오르도그는 "우리 은하의 자기장은 우주와 그 구성 요소의 진화를 이해하는 데 중요한 퍼즐 조각이다"고 말했다.

참고:
The Astrophysical Journal Supplement Series, 2026; doi: 10.3847/1538-4365/ae2471
출처: University of British Columbia

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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