[과학을읽다]"얼마나 큰 별이 죽었길래"…역대 최강 폭발이었다

NASA 연구팀, 지난해 10월 '역대 최강' 감마선 폭발 현상 분석 결과 발표
"1만년에 한 번꼴 확률"…초거대 항성 폭발한 것으로 분석돼

지난해 10월 초강력 감마선 폭발 현상이 태양계 내부를 강타해 천문학자들을 경악시켰었다. 분석 결과 인류 역사상 최초로, 즉 1만년에 한 번꼴로 발생할 수 있는 역대 가장 강력한 규모였던 것으로 나타났다.

미국 항공우주국(NASA)은 에릭 번스 미국 루이지애나주립대 교수가 이끄는 연구팀이 지난 28일(현지 시각) 하와이에서 열린 미국천문학회 고에너지천체물리학 부문 20차 총회에서 이같은 논문을 발표했다고 29일 밝혔다.

지난해 10월 9일 허블 등 다수의 우주 망원경에 설치된 감마선 관측 장치들은 여태까지 한 번도 관찰된 적이 없는 강력한 규모의 감마선 폭발(GRB) 현상을 관측해 GRB 221009A로 명명했다. 천문학자들은 '역대 가장 밝았다(brightest of all time)'는 뜻의 'BOAT'라는 별명을 붙이기도 했다.

허블 우주망원경이 포착한 역대 최강급 감마선 폭발 현상(빨간 동그라미). 사진출처=NASA

번스 교수의 연구팀은 NASA의 페르미 감마선 우주망원경과 러시아의 코너스 관측기, NASA의 윈드(Wind) 위성 등을 통해 관측된 데이터를 이용해 당시 감마선 폭발이 얼마나 잦은 빈도로 일어날 수 있는 규모였는지에 대해 연구를 진행해 왔다.

번스 교수는 이날 회의에서 "(GRB 221009A는)확실히 괴물 같은 폭발이었고 매우 특별했으며, 여태까지 비슷한 규모의 것이 관측된 적이 없었다"면서 "1만년에 한 번꼴로나 발생할 수 있는 현상이다. 인류 문명이 시작된 이래로 지구를 강타한 가장 밝은 감마선 폭발일 가능성이 있다"고 설명했다.

실제 당시 감마선 폭발은 너무나 강해 일시적으로 대부분의 위성ㆍ우주망원경에 설치된 감마선 관측 장비들을 마비시켜 실시간 강도 측정을 불가능하게 만들었었다. 전파에서 감마선까지 광범위한 스펙트럼의 폭발이 NASA 및 다른 나라들의 관측 장비에 감지됐다. 국제우주정거장(ISS)의 X-ray 망원경, NASA의 중성자 관측 장비는 물론 심지어 성간 우주를 여행 중인 보이저 1호에서도 검출 결과를 보내올 정도였다.

연구팀은 페르미 감마선 우주망원경의 데이터를 복구해 러시아, 중국 측의 자료·NASA의 역대 GRB 측정 데이터를 비교했다. 이 결과 여태까지 관측된 가장 강한 폭발보다도 70배 이상 더 강력했다는 결론을 내렸다. 또 지구에서 약 19억광년 떨어진 곳에서 발생했으며, 매우 강력한 폭발이 2초 이상 일어나 현재까지 밝혀진 것 중 가장 오래 지속된 GRB 중 하나가 됐다. 태양이 약 100억년 동안 생산해 낸 것보다 더 큰 에너지를 수 초 동안 방출했다.

NASA는 "천문학자들은 이번 폭발이 거대 항성의 핵이 스스로의 질량 때문에 붕괴ㆍ폭발, 새로운 블랙홀로 탄생하면서 발생한 현상으로 보고 있다"면서 "블랙홀이 주변 물질을 빠르게 흡수하면서 빛의 속도에 가깝게 가속된 입자를 포함한 제트를 반대 방향으로 분출했고, 이것을 통해 강력한 엑스선과 감마선이 우주로 분출된 것"이라고 설명했다.

현재까지 천문학자들은 감마선 폭발 현상은 두 가지 원인에 의해 발생한다고 보고 있다. 2초 이하 짧게 끝날 경우 중성자별처럼 초고밀도의 항성이 충돌할 때 발생하며, 길게는 수분까지 지속되는 경우 거대 항성이 붕괴하고 죽어가면서 블랙홀이 탄생할 때 일어난다. 이번은 2초 이상 길게 이어져 블랙홀 탄생에 따른 것으로 추정된다.

이같은 유형의 GRB가 발생했을 경우 예전엔 몇 주 내에 밝은 초신성(항성이 폭발해 블랙홀로 전환하면서 매우 크고 밝게 빛나는 현상)이 등장하는 것이 보통이었다. 그러나 아직까지 전혀 발견되지는 않아 미스터리로 남았다. 과학자들은 일단 위치상 초신성이 발생했다고 하더라도 관측이 어려울 수 있다고 보고 있다. GRB 221009A는 우리 은하계의 평면에서 불과 몇 도 위에서 나타났는데, 이는 두꺼운 먼지로 인해 빛의 대부분을 차단당할 수 있다는 것을 의미한다.

연구팀의 앤드류 레반 네덜란드 라드바우드대 천문학 교수는 "폭발의 밝기가 엄청났지만 초신성이 있을 것이라고 결론을 내릴 수는 없다"면서 "계속 지켜봐야겠지만 폭발하지 않고 별 전체가 곧바로 블랙홀로 전환됐을 가능성도 있다. 제임스 웹 우주망원경(JWST)과 허블을 동원해 수주 내에 추가 관측을 진행할 예정"이라고 설명했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr