[과학을읽다]전 우주를 뒤흔든 초강력 '금빛' 폭발

NASA, GRB 211211A 관측 이미지 공개
중성자별 충돌로 인한 감마선 폭발 현상
초기 방출 1분 이상 지속된 첫 사례
"전 우주에 금 등 무거운 원소 만들어내"

미국 항공우주국(NASA)이 최근 우주 최대의 신비를 간직한 초강력 감마선 폭발(GRBs) 이미지를 공개했다. 기존 감마선 폭발 관련 이론을 뒤집는 새로운 현상이 담긴 결과로 관심을 끌고 있다.

지난 3일(현지 시각) NASA는 2021년 12월 11일 네일 게릴스 스위프트 천문대와 페르미 감마선 우주 망원경이 지구에서 10억 광년가량 떨어진 목동자리 한 은하계 외곽에서 일어난 감마선 폭발 현상(gamma-ray bursts·GRBs), 즉 'GRB 211211A'를 관측한 이미지를 공개했다.

과학자들은 그동안 GRBs의 원인으로 크게 두 가지를 들고 있었다. 초기 방출이 2초 이상 길게 이어지는 경우는 거대한 별이 붕괴하면서 중심부에 블랙홀과 같은 고밀도의 천체가 형성되면서 생겨난다. 반면 2초 이하 짧은 감마선 분출은 중성자별과 같은 고밀도의 천체들이 서로 충돌해 합병되면서 일어나는 것으로 추정된다. 이때는 적외선ㆍ가시광선을 동반한 감마선이 짧은 순간 관측되는 킬로노바(kilonova)라는 현상도 동반한다.

그러나 GRB 211211A는 이같은 패러다임을 깼다. GRB 211211A는 킬로노바 현상을 동반해 중성자별 충돌로 인한 것으로 추정되는데, 초기 고에너지 감마선 방출 시간이 무려 1분이나 지속됐기 때문이다. 즉 중상자별 충돌로 2초 이상 감마선 초기 방출이 관측된 사상 첫 사례였다. 추가 관측 결과 킬로노바 현상도 발견됐다. 엄청난 양의 잔광이 검출된 것이다. 페르미 감마선 우주망원경의 관측 결과 감마선 폭발이 일어난 1시간 30분 후부터 2시간가량 고에너지의 감마선이 감지됐는데 에너지 강도가 10억 볼트에 달했다. 가시광선의 에너지가 고작 2~3볼트에 불과한 점을 감안하면 상상이 안 되는 수치다.

과학자들은 이같은 별들의 충돌이 금과 같은 우주의 무거운 원소를 만들어내는 주요 원천으로 여기고 있다. NASA는 "전 우주에서 가장 강력한 사건인 감마선 폭발은 거대한 별이 자체 중력으로 인해 붕괴해 블랙홀이 생기거나 무거운 중성자별끼리 충돌해 블랙홀이 발생할 때 일어나며 우주 전체에 금과 같은 무거운 물질들을 만들어 낸다"고 설명했다.

한편 역대 가장 강력한 감마선 폭발은 지난해 10월 9일 관측된 'GRB 221009A'였다. 지난 3월 미국천문학회에서 루이지애나주립대 연구팀은 'GRB 221009A'가 약 19억 광년 밖에서 발생했으며, 1만년 만에 한 번꼴로 관측될 정도로 역대 가장 밝고 강력했다는 논문을 발표했다. 기존보다 무려 70배나 밝았다. 초기 방출이 2초 미만이어서 대형 별의 핵이 자체 중력으로 붕괴하면서 형성된 블랙홀에서 발생한 것으로 추정된다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr