우주 미스터리, 고대 은하에서 포착된 고속 전파 폭발

천문학자 캘빈 렁은 작년 여름, 새로 가동된 전파 망원경 데이터를 분석하여 큰곰자리에서 반복적으로 방출되는 강렬한 전파 폭발, 즉 고속 전파 폭발(FRB)의 정확한 기원을 찾아내고자 했습니다. 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 밀러 박사후 연구원인 렁은 이 불가사의한 폭발의 기원을 이해하고 이를 우주의 대규모 구조를 추적하는 탐사 도구로 활용하고자 했습니다. 그는 동료들과 함께 여러 망원경의 데이터를 결합하여 폭발 지점을 매우 정밀하게 삼각 측량할 수 있는 컴퓨터 코드를 작성했습니다.

 

 

 

예상치 못한 발견, 죽은 은하의 외곽에서 포착된 FRB

그러나 캐나다 수소 강도 매핑 실험(CHIME)의 협력자들이 광학 망원경으로 해당 지점을 관측했을 때, 그 근원은 별이 생성되지 않는 오래된 타원 은하의 먼 외곽에 있다는 사실이 밝혀지면서 상황은 혼란에 빠졌습니다. 일반적으로 이러한 폭발을 일으키는 것으로 여겨지는 별이 존재할 수 없는 곳에서 폭발이 감지된 것입니다. 젊고 무거운 별의 핵 붕괴로 남은 고도로 자기화된 회전 중성자별인 "마그네타"를 예상했던 것과는 달리, "이제 문제는 이 오래되고 죽은 은하 내부에 마그네타가 어떻게 존재할 수 있는지 설명하는 것이었습니다."라고 렁은 말했습니다.

 

 

 

이론과 다른 현실, 113억 년 된 은하의 미스터리

이론가들이 생각하는 밀리초 단위의 전파 폭발을 일으키는 젊은 항성 잔해는 지구에서 20억 광년 떨어져 있고 태양 질량의 1000억 배가 넘는 이 113억 년 된 은하에서 오래전에 사라졌어야 했습니다. "이는 죽은 은하 외부에서 발견된 최초의 FRB일 뿐만 아니라, 다른 모든 FRB와 비교했을 때, 그것이 관련된 은하에서 가장 멀리 떨어져 있습니다. FRB의 위치는 놀랍고 새로운 별이 형성되지 않는 지역에서 어떻게 그렇게 강력한 사건이 발생할 수 있는지에 대한 의문을 제기합니다."라고 렁의 초기 계산을 수정하고 확장하여 FRB 20240209A라는 폭발의 위치를 밝혀낸 캐나다 몬트리올 맥길 대학교의 박사 과정 학생 비슈왕기 샤는 말했습니다.

 

 

고속 전파 폭발 연구의 새로운 진전

비슈왕기 샤는 오늘(1월 21일 화요일) 천체물리학 저널 레터스에 발표된 FRB 연구의 교신 저자이며, 일리노이주 에반스턴의 노스웨스턴 대학교 동료들의 두 번째 논문에도 함께 이름을 올렸습니다. 두 논문의 공동 저자인 렁은 캐나다 브리티시컬럼비아주 펜틱턴 근처에 있는 기존 CHIME 전파 배열의 세 가지 보조 망원경, 즉 '아웃리거'의 주요 개발자입니다. 렁은 매사추세츠 공과대학교(MIT)에서 박사 과정을 밟는 동안 맥길 대학교에서 샤를 지도했으며, 이후 밀러 펠로우십을 받기 전 UC 버클리에서 아인슈타인 박사후 펠로우십을 지냈습니다.

 

 

 

관측 능력의 획기적인 향상

세 번째 아웃리거 전파 배열이 이번 주 북부 캘리포니아의 햇 크릭 천문대에서 가동될 예정입니다. 이 시설은 이전에는 UC 버클리가 소유하고 운영했지만 현재는 마운틴 뷰의 SETI 연구소에서 관리하고 있습니다. 네 개의 배열이 함께 작동하면 CHIME의 FRB 위치를 정확하게 파악하는 능력이 크게 향상될 것입니다. "세 개의 아웃리거와 함께 사용하면 하루에 하나의 FRB를 해당 은하까지 정확하게 찾아낼 수 있을 것입니다. 이는 매우 중요한 발전입니다."라고 렁은 말했습니다. "이는 두 개의 아웃리거 배열을 가진 CHIME보다 20배 더 나은 성능입니다."

 

 

 

정밀한 관측을 통한 새로운 발견의 가능성

이러한 새로운 정밀도를 통해 광학 망원경은 폭발을 일으키는 별 그룹(구상 성단, 나선 은하)의 유형을 식별하고 항성 근원을 찾을 수 있기를 희망합니다. 지금까지 발견된 약 5,000개의 근원 중 95% 이상이 CHIME에 의해 발견되었지만, 특정 은하로 분리된 것은 거의 없었기 때문에 마그네타 또는 다른 유형의 별이 근원인지 확인하려는 노력이 방해를 받아왔습니다.

새 논문에 자세히 설명된 바와 같이, 샤는 반복되는 FRB의 여러 폭발을 평균하여 CHIME 배열과 브리티시컬럼비아의 한 아웃리거 배열이 제공하는 정확도를 향상시켰습니다. 2024년 2월 발견 이후 천문학자들은 7월 31일까지 21개의 추가 폭발을 기록했습니다. 논문이 제출된 이후 MIT의 시온 앤드류는 웨스트버지니아의 그린 뱅크 천문대에 있는 두 번째 아웃리거의 데이터를 통합하여 샤가 발표한 위치를 20배 더 높은 정밀도로 확인했습니다. 이러한 발전은 FRB의 기원을 밝히는 데 중요한 진전을 가져올 것으로 기대됩니다.

 

 

기존 이론에 대한 도전과 새로운 가능성

샤는 "이 결과는 FRB의 기원을 별 형성 은하의 현상과 연결하는 기존 이론에 도전합니다."라고 말했습니다. "근원은 은하 외부의 오래되고 죽은 별들의 밀집 지역인 구상 성단에 있을 수 있습니다. 만약 확인된다면, FRB 20240209A는 구상 성단과 연결된 두 번째 FRB가 될 것입니다." 그러나 그녀는 구상 성단에서 발생한 다른 FRB는 수십억 년 전에 별 형성이 중단된 오래된 타원 은하가 아닌 살아있는 은하와 관련이 있다고 언급했습니다.

 

 

 

FRB 연구의 미래와 CHIME의 역할

노스웨스턴 대학교의 아인슈타인 박사후 연구원이자 두 번째 논문의 제1 저자인 타라네 에프테카리는 "FRB에 관해서는 여전히 흥미로운 발견의 여지가 많으며, 그 환경이 그 비밀을 푸는 열쇠를 쥐고 있을 수 있다는 것이 분명합니다."라고 말했습니다. 렁은 "CHIME과 그 아웃리거 망원경은 허블 우주 망원경이나 제임스 웹 우주 망원경에 필적할 수 없는 수준의 천체 측정을 가능하게 해줄 것입니다. 근원을 찾기 위해 더 자세히 조사하는 것은 그들의 몫입니다."라고 덧붙이며 "정말 놀라운 전파 망원경입니다."라고 평가했습니다.