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전파 폭발은 3만 광년 떨어진 은하계 중심 근처.
매우 강한 자기장 가진 마그네타(Magnetar) 중성자별.

우리 은하수에서 처음으로 극단적인 전파 플래시
디스커버리는 Fast Radio Bursts의 창시자로서 마그네타를 지목한다.

은하계 행운 :
천문학자들이 처음으로 우리 은하에서 빠른 전파 폭발을 포착하여 이 초단파 고에너지 전파 플래시의 기원을 확인했다. 이것은 약 3만 광년 떨어진 *마그네타에서 나온다. 매우 강한 자기장을 가진 이 중성자별은 오랫동안 신비한 전파 섬광의 가능한 원인으로 여겨져 왔지만 최근 증명됐다.
*Magnetar: 마그네타는 극도로 강한 자기장을 가진 펄서(중성자별)로, 1011~1012 테슬라에서 중성자별의 경우 평소보다 약 천 배 더 강하다. 모든 중성자별의 약 10%는 자기이다.
그들은 1979년에 몇몇 인공위성에 의해 현재까지 알려진 가장 강력한 태양 외 감마선 폭발로 알려진 소프트 감마 리피터(SGR)로 발견되었다. SGR에 대한 자기 이론은 Robert C. Duncan과 Christopher Thompson에 의해 1992년에 발전됐다. 특히 높은 자기장의 확인은 1998년 Chryssa Kouveliotou와 동료들로 부터 나왔다. 2003년 Duncan, Thompson과 Kouveliotou는 이에 대해 Bruno Rossi 상을 수상했다.

▲ 지금까지 Fast Radio Burst의 원인은 수수께끼였다. 최근 천문학 자들은 CHIME 망원경의 도움을 받아 처음으로  출처를 확인했다- © Andre Renard / CHIME Collaboration (아래 관련 동영상)

이들은 몇 밀리 초만 지속되지만 이 짧은 시간 동안 우리 태양이 만드는 하루 에너지만큼 방출한다. 고속 무선 버스트(FRB, Fast Radio Bursts)는 우주에서 가장 당혹스러운 현상 중 하나다.
이러한 극초 단 무선 플래시의 원인이 무엇인지 명확하지 않았다. 지금까지 감지된 모든 FRB가 다른 은하에서 왔고 먼 거리에서 왔기 때문이다. 이러한 무선 펄스 중 일부는 직렬로 발생하고 다른 일부는 단일 사건이다.

결국, 이러한 무선 펄스의 발생 가능성이 있는 최초의 징후가 이미 있었다.
이러한 신호의 강한 편광은 무선 방사의 폭발이 강한 자화 환경에서 발생해야 함을 나타낸다. 이에 대한 가능한 후보는 초거대 질량 블랙홀의 자기장에 위치한 중성자 별 또는 어린 마그네타(신속하게 회전하고 자체적으로 매우 강한 자기장을 생성하는 중성자 별)이다.
그러나 이것은 아직 입증되지 않았다.

은하수 중심으로부터의 전파 펄스

이제 바뀌었다. 처음으로 천문학자들은 우리 은하계에서 빠른 전파를 포착하는 데 성공했다. 브리티시 컬럼비아의 CHIME(Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment)가 감지했다. 이 시스템은 400~800MHz의 주파수 범위에서 하늘을 지속적으로 스캔하는 4개의 축구장 크기의 반원형 아치형 반사체 앙상블로 구성된 시스템이다.

▲ 마그네타는 매우 강한 자기장을 가진 빠르게 회전하는 중성자 별이다. © 맥길 대학교

2020년 4월 28일 CHIME 망원경은 단 밀리 초 간격으로 명확하게 묘사된, 두 개의 피크로 짧지만 강한 전파 펄스를 등록했다. 신호에 대한 면밀한 분석은 이 무선 펄스가 FRB의 모든 고전적인 기능을 가지고 있음을 보여주었다.
그러나 FRB 200428라고 명명된 이 전파 펄스는 은하계 외계가 아니었고 은하수 중심 근처 약 3만 광년 떨어진 지역에서 나왔다. 이것은 우리 은하계에서 처음으로 빠른 전파 폭발이다.

창시자로서의 자기

더 중요한 것은 천문학자들이 이 무선 신호를 처음으로 천문학적 소스인 마그네타까지 추적 할 수 있다는 것이다. 이것은 전파 플래시가 시작되기 전날 이미 새로운 활동을 일깨웠다.

SGR 1935 + 2154라는 이름의 중성자별은 여러 우주 망원경으로 감지된 강력한 X선 펄스를 반복적으로 방출했다. MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 키요시 마수이(Kiyoshi Masui)는 “우리의 협력은 그들에게 눈을 뜨도록 만들었다”고 말했다.

▲ SGR 1935+2154 ; 멀리 떨어진 호스트 은하에서 지구에 도달하기 위해 빠르게 전파되는 FRB 181112의 경로를 나타낸다. FRB 181112는 Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) 전파 망원경에 의해 정확히 지적되었다. ESO의 VLT (Very Large Telescope)에 대한 후속 관찰 결과, 전파 펄스가 지구로 가는 길에 거대한 은하의 후광을 통과했다는 사실이 밝혀졌다. 이 발견을 통해 천문학 자들은 할로 가스의 특성에 대한 단서를 찾기 위해 무선 신호를 분석할 수 있었다. 사진은 예술가의 표현 Source https://www.eso.org/public/images/eso1915a/

CHIME 망원경이 다음날이 마그네타에서 전파 파열을 실제로 감지했을 때 그 감각은 완벽했다. 빠른 라디오 버스트가 다른 파장 범위의 방사선 버스트와 연관 ​될 수 있는 것은 이번이 처음이며 이는 주장된 발신자를 나타낸다.
"이 무선 펄스가 자기 근처에 있는 다른 물체에서 나온다면 그것은 우연의 일치일 것이다"고 Masui는 말했다.

다른 은하 전파 펄스보다 더 밝음

FRB 200428은 마그네타가 이전보다 훨씬 더 강한 무선 펄스를 생성 할 수 있다는 것을 처음으로 증명했다. 은하수 중심에서 나오는 짧은 신호가 전파 범위에서 10의 34승 에르그의 에너지를 방출했기 때문이다.

천문학자에 따르면 이것은 이전에 우리 은하의 자기에 의해 등록된 다른 어떤 전파 펄스보다 3천 배 더 많다고 한다. "그 밝기를 측정한 결과 이것이 정상적인 무선 펄스가 아님을 확인했다"고 Masui는 설명한다.

미국의 또 다른 전파 망원경 STARE2(Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2)에서 측정한 결과, 네이쳐(Nature)의 같은 호에서 두 번째 천문학자 팀이 보고한 것과 유사한 결과가 나타났다.
"2020년 4월 28일 마그네타 SGR 1935 + 2154에서 열린 이 행사는 마그네타가 지금까지 우리 은하에서 관찰된 것보다 훨씬 더 강한 전파 펄스를 생성 할 수 있음을 분명히 보여준다"고 CHIME 협력 연구원들은 썼다.

▲ 필드 라인이 있는 마그네타에 대한 아티스트의 표현

두 가지 생성 시나리오

천문학자에 따르면, 적어도 일부 빠른 라디오 버스트는 마그네타 때문일 수 있다.
그러나 이 중성자별이 이러한 극한의 전파 펄스를 생성하는 방법은 불분명하다.

이론적으로 두 가지 메커니즘에 의문이 제기될 것이다. 연구원들이 설명하는 것처럼, 한편으로는 자기권 내에서 강렬한 무선 버스트가 발생할 수 있으며, FRB 200428의 두 피크의 극히 짧은 지속 시간과 날카로운 분리가 적절할 것이다.

또 다른 가능성은 빠른 라디오 버스트가 싱크로트론 복사를 통해 자기 근처에서만 발생한다는 것이다. 광선이 폭발하는 동안 방출되는 전자 및 기타 입자는 마그네타에서 멀리 떨어진 이전 폭발의 잔재와 충돌한다.

이것은 전파가 방출되는 강한 자기화된 충격 전선을 생성한다.
연구원들은 SGR 1935 + 2154 마그네타에 대한 추가 관찰을 통해 어떤 시나리오가 올바른지 알 수 있기를 희망하고 있다.

마그네타는 모든 라디오 버스트를 설명할 수 없다.

그러나 모든 우주 라디오 플래시는 마그네타로 설명할 수 없다.
FRB 200428은 이전에 가장 약했던 은하 외 전파 플래시보다 1~ 2배 더 약하기 때문이다.
따라서 천문학자들의 의견으로는, 적어도 일부 특히 강렬한 고속 라디오 버스트가 다른 창시자에게로 거슬러 올라갈 수 있다고 생각한다.

"그러나 지금 우리의 주된 초점은 이 하나의 소스를 더 자세히 조사하고 FRB(Fast Radio Bursts)의 기원에 대해 무엇을 알려줄 수 있는지 알아내는 것이다"고 Masui는 말했다.
(Nature, 2020; doi : 10.1038 / s41586-020-2863-y; doi : 10.1038 / s41586-020-2872-x)

출처 : MIT (Massachusetts Institute of Technology)

[더사이언스플러스] "No Science, No Future" 

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