'이런 별은 처음' 천문학자들, 우주에서 온 이상 신호 포착

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• 44분마다 2분간 라디오파·X선 동시에 방출
• 기존 어떤 별의 유형으로도 완전한 설명 불가
• 호주·NASA 공동 관측, Nature에 연구 게재

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밤하늘에는 육안으로는 볼 수 없지만 다양한 신호를 보내는 천체들이 존재한다. 이들은 전자기파의 형태로 에너지를 방출하는데, 최근 과학자들이 라디오파와 X선을 주기적으로 동시에 내보내는 특이한 천체를 발견했다. 기존의 별 유형으로는 설명되지 않아 천문학계의 주목을 받고 있다.

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우주 전파 신호, 무엇이 어떻게 감지되나

우주에서 오는 신호는 대부분 전자기파다. 전자기파는 가시광선 외에도 라디오파, 적외선, 자외선, X선, 감마선 등 다양한 파장으로 구성된다. 라디오파는 파장이 길고 에너지가 낮아 지상의 전파망원경으로 관측할 수 있으며, X선은 파장이 짧고 에너지가 높아 대기권 밖의 우주망원경을 통해 감지된다.

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일반적인 천체는 특정한 종류의 전자기파만 방출한다. 그러나 이번에 발견된 천체는 라디오파와 X선을 주기적으로 동시에 내보내는 방식으로 관측돼, 기존 사례들과 명확히 구분된다.

 

 

 

ASKAP J1832-0911 주변 하늘 영역을 보여주는 영상. 이 이미지는 NASA 찬드라 X선 망원경의 X선 데이터, 남아프리카공화국 MeerKAT 전파망원경의 전파 데이터, NASA 스피처 우주망원경의 적외선 데이터를 조합해 제작되었다. [사진=Ziteng (Andy) Wang, ICRAR]

 

 

44분마다 깜빡이는 천체, ASKAP J1832-0911

이번에 발견된 천체는 ASKAP J1832-0911로 명명되었다. 호주 서부 와자리 지역에 위치한 ASKAP 전파망원경을 통해 처음 탐지되었으며, NASA의 찬드라 X선 우주망원경이 같은 하늘을 관측 중이던 우연한 시점에 동일한 위치에서 X선도 동시에 포착되었다. 신호는 약 44분 주기로 반복되며, 매회 2분간 라디오파와 X선을 동시에 내보냈다.

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이런 유형은 장주기 전파 천체(Long-Period Transient, LPT)로 분류된다. LPT는 수십 분 또는 수시간 간격으로 전파를 방출하는 천체를 의미하며, 2022년 ICRAR 연구진이 처음 보고한 이후 현재까지 약 10여 개만 발견되었다. 하지만 X선 방출까지 함께 확인된 사례는 이번이 처음이다.

 

 

 

ASKAP J1832-0911이 라디오파와 X선 대역에서 주기적으로 신호를 방출하는 모습을 나타낸 광도 곡선(light curve). 두 파장에서 모두 동일한 주기로 펄스가 발생하는 것이 확인된다.

[사진=Ziteng (Andy) Wang, ICRAR 제공]

 

 

복수 망원경 관측과 국제 공동 연구의 성과

이번 연구에는 호주의 ASKAP과 NASA의 찬드라 외에도, 남아프리카공화국의 MeerKAT 전파망원경과 NASA의 스피처 적외선 우주망원경 자료도 활용됐다. 이를 통해 ASKAP J1832-0911이 여러 파장에서 동일한 위치에서 방출을 반복하고 있다는 점이 명확히 입증되었다.

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이번 연구의 제1저자인 앤디 왕(Ziteng Andy Wang, Curtin University)은 "라디오 신호는 넓은 범위를 관측하지만 X선은 좁은 범위만 관측되기 때문에, 두 망원경이 같은 시간에 같은 영역을 관측한 것은 매우 드문 기회였다"고 설명했다. 공동 저자인 나이다 레아(Nanda Rea) 교수(스페인 우주과학연구소 ICE-CSIC, IEEC)는 "이 천체가 하나 존재한다는 사실은 유사한 천체가 더 많을 가능성을 암시하며, 향후 연구의 방향을 제시한다"고 밝혔다.

 

 

 

호주 와자리 야마지 지역(Wajarri Yamaji Country)에 설치된 CSIRO의 ASKAP 전파망원경. 광시야 관측이 가능해 새로운 천체 신호 탐지에 활용되고 있다. [사진=CSIRO 제공]

 

 

별의 진화와 자기장, 그리고 해석되지 않는 신호

별은 수명을 다하면 백색왜성, 중성자별, 블랙홀 등으로 진화한다. 중성자별 중 일부는 매우 강한 자기장을 가지며, 마그네타로 불린다. 마그네타는 불규칙한 고에너지 방출을 일으킬 수 있고, 이는 X선의 주요 원인 중 하나로 여겨진다. 또 다른 가설로는 고자기성 백색왜성이 쌍성계를 이루며 특이한 방출 양상을 보인다는 설명도 제시됐다.

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그러나 ASKAP J1832-0911에서 관측된 신호는 이러한 기존 모델만으로는 완전하게 설명되지 않는다. 특히 X선은 라디오파보다 훨씬 높은 에너지를 가지기 때문에, 두 종류의 전자기파를 정기적으로 동시에 방출하는 과정을 설명하기 위한 새로운 물리 이론이 필요하다는 지적이 나온다. 이 천체는 우리 은하 내, 지구로부터 약 1만 5천 광년 떨어진 곳에 위치해 있다. 연구진은 이번 발견을 통해 유사한 장주기 천체를 추가로 탐색할 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 다중 파장 관측을 통해 천체의 특성과 방출 메커니즘을 구체화할 계획이다.

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이번 연구는 "밝은 장주기 전파 천체에서의 X선 방출 검출(Detection of X-ray Emission from a Bright Long-Period Radio Transient)"이라는 제목으로 과학 저널 네이처(Nature)에 게재되었다.

 

 

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