2022년 10월 9일, 궤도를 도는 스위프트 천문대(Swift Observatory)는 처음으로 비정상적으로 밝은 감마선 폭발 GRB 221009A를 기록했습니다.
그 후 몇 달 동안 전 세계의 연구원들은 감마선의 근원을 분석하여 비정상적인 천문 현상의 세부 사항을 복구하고 그 원인을 찾았습니다.
은하수를 배경으로 한 감마선 폭발 GRB 221009A의 위치. 이미지: NASA의 고다드 우주 비행 센터
감마선 폭발이란 무엇입니까?
감마선 폭발(GRB)천체물리학자들은 단기간 감마선 폭발, 즉 극도로 짧은 파장(2⋅10-10m 미만)과 높은 에너지를 지닌 광자 흐름을 부릅니다. 이러한 천문학적 사건은 엄청난 양의 에너지 방출을 나타내며 일반적으로 먼 은하계에 기록됩니다. 감마선 폭발은 우주에서 가장 밝은 사건 중 하나입니다.
연구원들은 상대적으로 감마선 폭발을 발견했습니다.최근 : 지난 세기 60년대. 1963년에 NASA는 중성자, X선, 감마선 탐지기가 장착된 군용 위성 Vela를 궤도에 올렸습니다. 그는 소련과 다른 나라들의 핵실험금지조약 준수 여부를 감시하기로 되어 있었습니다. 위성의 장비는 핵 실험을 감지하지 못했지만 우연히 깊은 우주에서 방출되는 감마선 폭발을 발견했습니다.
연구원들은 두 가지 유형의 감마선 폭발을 구별합니다.기간이 다릅니다 : 짧고 길다. 첫 번째 범주에는 몇 밀리초에서 2초까지 지속되는 플래시가 포함됩니다. 그러한 사건의 원인은 킬로노바의 형성 또는 블랙홀에 의한 중성자별의 흡수와 함께 두 개의 중성자별의 합병이라고 믿어집니다.
두 번째 유형은 긴 감마선 폭발입니다.몇 초에서 몇 분까지 지속될 수 있습니다. 주요 가설은 긴 감마선 폭발이 초신성 폭발과 관련이 있다는 것입니다. 별의 진화의 마지막 단계는 질량이 태양보다 10배 이상 큽니다. 그러나 2022년 제미니 천문대의 천체물리학자들은 1년 전에 기록된 긴 감마선 폭발 GRB 211211A에서 중성자별이 합쳐진 후 형성된 킬로노바를 발견했다고 보고했습니다.
거대한 별의 붕괴와 관련된 긴 감마선 폭발의 애니메이션 이미지. 애니메이션: NASA의 고다드 우주 비행 센터
감마선 폭발 GRB 221009A의 특이한 점은 무엇입니까?
GRB 221009A의 감마선 폭발은5분. 이것은 긴 폭발에 속하며 거대한 별의 핵이 블랙홀로 붕괴되고 초신성 폭발과 관련이 있을 가능성이 가장 높다는 것을 의미합니다. 놀랍게도 감마선 폭발이 처음 관측된 이후 시간이 흘렀지만 연구자들은 폭발 현장에서 초신성 형성을 확인하거나 대체 방사선원을 찾지 못했다.
게다가 스플래쉬가 너무 밝아서대부분의 우주 감마선 검출기는 눈이 멀었기 때문에 방사선의 실제 강도를 직접 포착할 수 없었습니다. 연구원들은 이 정보를 재구성하기 위해 Fermi Telescope와 Cone Gamma Ray Spectrometer에서 수집한 데이터를 사용했습니다. 분석 결과 GRB 221009A는 다른 관찰된 감마선 폭발보다 70배 더 밝았습니다.
GRB 221009A와 이전에 기록된 가장 강력한 감마선 폭발 4개를 비교합니다. 이미지: NASA의 Goddard 우주 비행 센터 및 Adam Goldstein(USRA)
프로젝트의 천체물리학자가 수행한 계산ESA(European Space Agency)의 "Integral"은 폭발이 지속되는 동안 약 1기가와트의 전력이 지구 대기의 상층으로 떨어졌음을 보여줍니다. 이것은 지상 발전소의 전력과 동일합니다. 그 사건은 너무도 밝았기 때문에 오늘날에도 더 긴 파장의 잔광인 잔광이 여전히 보입니다.
샘플 7,000개 분석Fermi와 Cone이 기록한 GRB는 그러한 대규모 GRB가 10,000년마다 한 번 이상 자주 발생했음을 보여줍니다. "GRB 221009A는 아마도 인류 문명이 시작된 이래 가장 밝은 X선과 감마선 폭발이었을 것입니다.
허블 망원경으로 포착한 GRB 221009A의 잔광. 이미지: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan(Radboud University); 이미지 처리: Gladys Kober
천체 물리학자들은 무엇을 배웠습니까?
감마선 폭발의 역사를 더 잘 재구성하기 위해 연구자들은 전파에서 감마선에 이르기까지 다양한 파장의 전자기 방사선을 감지하는 장비를 사용했습니다.
최초의 과학적 결과는 어떻게X선은 은하수의 먼지 구름이 퍼지면서 빛을 발했습니다. 연구진은 방사선이 우리 은하에 진입하기 전 약 19억년 동안 은하간 공간을 이동했다고 계산했다. 그것은 약 6 만년 전에 은하수 "외곽"의 첫 번째 먼지 구름과 충돌했고 마지막으로 약 천년 동안 충돌했습니다.
엑스레이가 충돌할 때마다먼지 구름과 함께 그들은 방사능의 일부를 산란시켜 바깥쪽으로 확장되는 것처럼 보이는 동심원 고리를 만들었습니다. ESA XMM-뉴턴 우주 X선 망원경은 감마선 폭발 후 며칠 동안 이 고리를 관찰했습니다. 가까운 구름은 원근법에서 더 크게 보이기 때문에 가장 큰 고리를 형성했다고 과학자들은 설명합니다.
X선 망원경으로 관찰한 GRB 221009A의 먼지 고리. 이미지: ESA/XMM-Newton/M. 리고셀리(INAF)
은하수 여행, 엑스레이우리 은하의 먼지 구름 20개를 순차적으로 조명했습니다. 방사선 분석은 그들까지의 거리를 계산하고 구성 입자의 특성을 분석하는 데 도움이 되었습니다.
수년 동안 연구원들은 여러 가지를 제안했습니다.먼지 입자의 특성을 설명하는 다양한 이론. 연구원들은 수집된 데이터에 이러한 패턴을 중첩했습니다. 그들은 입자가 탄소의 결정 형태인 흑연으로 주로 구성되어 있음을 암시하는 모델이 관찰에 가장 잘 맞는다는 것을 발견했습니다.
신비한 출처
많은 양의 데이터를 수집했음에도 불구하고그러한 밝은 감마선 폭발을 정확히 일으킨 원인은 미스터리로 남아 있습니다. 주요 버전은 긴 감마선 폭발과 초신성 폭발을 연결하기 때문에 연구원들은 James Webb 및 Hubble 우주 망원경을 사용하여 미래 성운의 시작을 검색했습니다. 그러나 어떤 망원경도 폭발이 일어난 장소에서 아무것도 발견하지 못했습니다.
한 가지 가능한 이유는GRB는 두꺼운 먼지 구름이 입사광을 크게 가릴 수 있는 은하수 면에서 불과 몇 도 위에 있는 하늘의 일부에서 나타났습니다. 그렇다면 아마도 더 많은 관찰이 초신성의 잔해를 찾는 데 도움이 될 것입니다.
긴의 주요 구성 요소에 대한 그림가장 일반적인 유형의 감마선 폭발. 거대한 별(왼쪽)의 핵이 붕괴되어 별의 물질을 통과하여 거의 빛의 속도로 우주 공간으로 이동하는 입자 흐름을 보내는 블랙홀이 형성되었습니다. 전체 스펙트럼에 걸친 방출은 새로 태어난 블랙홀 근처의 뜨거운 이온화 가스, 제트 내에서 빠르게 움직이는 가스 껍질 사이의 충돌(내부 충격파), 그리고 제트가 주변을 쓸어버리고 상호 작용할 때 제트의 앞쪽 가장자리에서 발생합니다. (외부 충격). 이미지: NASA의 고다드 우주 비행 센터
다른 가설은 별이너무 커서 초기 폭발 후 즉시 블랙홀을 형성하여 그렇지 않으면 가스 구름을 형성할 모든 물질을 삼켜 버렸습니다.
천체 물리학자들은 계속해서 유해를 찾고 있습니다폭발하는 별. 연구자들은 이제 거대한 별의 핵 붕괴와 관련된 강력한 폭발로 형성되는 것으로 여겨지는 금과 같은 무거운 원소의 흔적을 찾고 있습니다.
연구원들은 또한감마선 폭발의 특이한 위력은 블랙홀이 형성되는 동안 방출된 에너지 제트(제트)가 지구를 직접 향했기 때문이다. 그러한 폭발로 인한 빛의 잔광과 편광을 분석하면 제트가 어떻게 형성되는지 더 많이 알 수 있습니다.
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표지: 감마선 폭발의 예술적인 삽화. 이미지: NASA/Swift/Cruz deWilde