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- 76초의 회전 주기를 가지고 있으며, 이는 펄서에 비해 너무 느려
- 극도로 강한 전파 펄스인 FRB(Fast Radio Bursts)의 기원으로 의심
- 중성자별의 형성과 노화에 대한 우리의 생각에 중요한 의미

출처를 알 수 없는 무선 펄스
주기적인 빔 펄스는 라디오 펄서 또는 일반 마그네타와 일치하지 않는다.

일반적인 범주에 속하지 않은 신호:
천문학자들은 이전에 알려진 복사원에 맞지 않는 주기적인 전파 펄스를 발견했다. 그것의 기원은 76초의 회전 주기를 가지고 있으며, 이는 펄서에 비해 너무 느리다. 동시에, 전형적인 마그네타를 특징짓는 X선이 빠져 있다. 전파 펄스의 놀라운 가변성은 "Nature"에 보고된 바와 같이 천문학자들을 어리둥절하게 한다. 이것은 완전히 새로운 종류의 중성자별일 수 있다. 

▲ 주기적인 전파 펄스(분홍색)는 특징과 간격이 알려진 전파 소스와 일치하지 않는다는 점에서 천문학자들을 어리둥절하게 한다. © Daniëlle Futselaar/ artsource.nl

중성자별은 우주에서 가장 밀도가 높은 물체 중 하나다. 이러한 초신성 폭발의 잔해에서 물질은 너무 압축되어 전자와 양성자조차도 중성자로 융합된다. 태양 질량의 두 배가 약 12km 반경 내에 집중돼 있다. 중성자별은 종종 매우 빠르게 회전하며 자기장과의 상호작용을 통해 강력하고 집중된 방사선 빔을 방출한다. 전파 범위에 있는 펄서의 경우 일반적으로 X선 및 감마선 범위에 있는 자기계의 경우다.

초신성 유물의 전파 펄스

이제 맨체스터 대학의 마니샤 칼렙(Manisha Caleb)과 함께 일하는 천문학자들은 일반적인 이치에 맞지 않는 맥동하는 라디오 소스를 발견했다. 이 물체의 첫 번째 펄스인 PSR J0901-4046은 남아프리카에서 MeerKAT 전파 망원경으로 측량하는 동안 우연히 발견됐다. 연구원들이 하늘의 이 부분을 더 오랜 시간 동안 들었을 때 약 30분에 걸쳐 정기적으로 분포된 14개의 무선 펄스를 더 캡처했다.

도대체 이러한 펄스는 어디에서 왔을까?
더 자세한 조사 결과 전파 펄스가 발생한 지역에는 알려진 펄서는 없지만 초신성 잔해가 있을 수 있음이 밝혀졌다. "가장 깊은 이미지는 PSR J0901-4046을 둘러싸고 있는 부분적으로 보이는 껍질과 같은 구조를 보여준다. 이것은 이 중성자별을 생성한 사건의 유물일 수 있다"라고 팀은 설명했다. 물체의 특징으로 볼 때 이것이 별의 빽빽한 잔해 중 하나임을 암시하기 때문이다.

▲ 펄서는 극에 집중된 전파 빔을 생성하는 강한 자기장으로 빠르게 회전하는 중성자 별이다. © Mysid /CC-by-sa 3.0

펄서 또는 마그네타에 적합하지 않음

이상한 점은 펄스 주기가 76초에 불과한 이 새로 발견된 중성자별은 이전에 알려진 어떤 종류의 맥동하는 물체와도 일치하지 않는다는 것이다. 방출된 무선 펄스의 에너지는 고전적인 무선 펄서의 에너지와 대략 일치하지만 일반적으로 1.4밀리초에서 최대 23.5초의 회전 주기를 갖는다. 따라서 천문학자들이 설명하는 것처럼 PSR J0901-4046은 너무 느리다. 일반적인 전파 펄서와 달리 이 소스의 복사는 선형 편광보다 원형이다.

그러나 특성은 마그네타와 일치하지 않는다. 더 오래되고 회전이 느려지면 느린 맥박을 보일 수 있다. "그러나 마그네타가 전파를 방출할 때 일반적으로 X선도 방출한다"라고 Caleb과 그의 팀은 기술했다. X선 망원경 Swift는 전파원의 방향에서 X선 ​​방출을 감지할 수 없었다.

하나의 물체에서 나오는 7가지 유형의 무선 펄스

또한 이 물체의 전파 펄스는 매우 다양하다. "최소 7가지 다른 펄스 유형이 있는 것으로 보인다"라고 Caleb의 동료인 Ben Stappers는 보고했다. 스펙트럼 범위는 너무 정상적인 단일 피크 방사선 펄스에서 이중 피크 또는 2~3개의 명확하게 분리된 피크가 있는 펄스, 준주기적 또는 "첨두" 하위 구조를 나타내는 무선 펄스에 이르기까지 다양하다. "펄스 프로파일의 이러한 엄청난 변동에도 불구하고, 그들의 에너지는 거의 모두 같은 범위에 있다"라고 천문학자들은 보고했다.

특이한 점은 펄스 사이의 거리가 멀다는 것은 중성자별의 회전 속도가 상대적으로 느리다는 것을 나타낸다. 그러나 현재 모델에 따르면 이것은 중성자별이 더 실제로 전파 방출을 생성할 수 없는 "죽은 지대"에 놓이게 한다. 자기장과의 상호 작용이 극에서 복사 생성에 필요한 전위차를 생성할 만큼 충분히 강하지 않기 때문이다. "PSR J0901-4046은 이 죽음의 선 위에 있다"고 연구원들은 말했다.

그러나 이 "죽음의 영역"을 우회하는 이론적인 방법이 있다. 중성자별에 다극 자기장이 있는 경우 여전히 전파 방출을 생성할 수 있는 입자 스트림이 발생할 수 있다고 팀은 설명했다. 그러한 다극 자기장에 대한 증거는 이미 일부 마그네타에서 발견되었다.

새로운 종류의 중성자별?

그러나 이 모든 것이 방사선원의 특성에 대해 무엇을 알려줄까?
"이 중성자별의 전파 방출은 우리가 전에 본 것과는 다르다"라고 Stappers는 설명했다. 그것이 어떻게 형성되고 그 뒤에 어떤 종류의 중성자별이 있는지 처음에는 미스터리다. 천문학자들은 PSR J0901-4046이 지금까지 가정된 중성자별 부류에 속할 수 있다고 의심하고 있다.
그렇게 강하게 자화된 중성자별은 일반적으로 X선과 감마선의 고에너지, 빠른 펄스를 방출하는 것이 사실이다.

이론에 따르면 이미 크게 감속되어 무선 방사체가 된 오래된 마그네타가 있을 수 있다. 흥미로운 점은 이러한 초장주기 중성자별은 또한 매우 짧지만 극도로 강한 전파 펄스인 FRB(Fast Radio Bursts)의 기원으로 의심된다는 것이다.

빙산의 일각

천문학자들은 PSR J0901-4046에서 빙산의 일각만을 볼 수 있기 때문에 앞으로 그러한 신비로운 소스에서 훨씬 더 많은 전파 펄스를 포착하기를 희망한다"라고 갈렙은 말했다. "이것은 중성자별의 형성과 노화에 대한 우리의 생각에 중요한 의미가 있다.“

그러나 그러한 물체를 찾는 것은 쉽지 않다. "대부분의 펄서 조사는 오랜 기간을 찾지 않기 때문에 이러한 근원이 총 몇 개나 있는지 알 수 없다"라고 천문학자는 설명한다. "이 경우 소스는 MeerKAT에서 MeerTRAP 기기로 개별 펄스를 감지할 수 있을 만큼 충분히 밝았다.“
(Nature Astronomy, 2022; doi: 10.1038/s41550-022-01688-x)
출처: 맨체스터 대학교, 시드니 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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