빅뱅 이후 최대 우주 폭발 관측

수 억 년에 걸쳐 서서히 발생

먼 은하단을 연구하는 과학자들은 빅뱅 이후 우주에서 목격된 가장 큰 폭발을 발견했다. 그 폭발은 수억 광년 떨어진 은하 중심에 있는 초질량 블랙홀에서 일어났다. 종전에 발견한 우주 폭발 기록 보다 5배 많은 에너지를 방출했다.

과학자들은 이번 발견을 “마치 공룡의 뼈를 처음 발견한 것과 같다”고 비유했다. 호주 커틴 대학(Curtin University) 국제전파천문연구센터의 멜라니 존스턴-홀릿(Melanie Johnston-Hollitt) 교수는 이 폭발은 에너지가 엄청나게 크다고 말했다.

3억 9000만 광년 떨어진 오피우커스 은하단에서 대폭발

“우리는 전에 은하 중심부에서 폭발하는 것을 본 적이 있지만, 이 폭발은 정말 거대하다”고 그녀는 말했다.

과학자들은 아직 왜 그렇게 큰 폭발이 일어났는지는 모른다. 그렇지만 존스턴-홀릿 교수는 “그 폭발은 슬로 모션처럼 수 억년에 걸쳐 아주 천천히 일어났다.”고 말했다.

4개의 관측자료를 결합해서 만든 오피우쿠스 은하단 © X-ray: NASA/CXC/Naval Research Lab/Giacintucci, S.; XMM:ESA/XMM; Radio: NCRA/TIFR/GMRTN; Infrared: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF

이 빅뱅 이후 최대의 폭발은 지구에서 약 3억 9000만 광년 떨어진 오피우커스(Ophiuchus) 은하단에서 일어났다. 은하단은 중력에 의해 결합된 구조로는 우주에서 가장 크다. 한 은하단은 수천 개의 개별 은하, 암흑 물질, 뜨거운 가스를 포함하고 있다.

그 폭발은 너무 강력해서 블랙홀을 둘러싸고 있는 초고온 가스 성단 플라스마에 공동을 만들어놓았다.

이 논문의 수석 저자인 미국 해군연구소의 시모나 쟈신투치(Simona Giacintucci) 박사는 이번 폭발이 1980년 세인트 헬레나 산의 폭발과 유사하다고 말했다. 당시 폭발로 산꼭대기가 뜯어져 나갔다.

이 폭발로 발생한 은하단의 분화구에 우리 은하 15개를 일렬로 넣을 수 있을 만큼 거대한 구멍이 생겼다.

과학자들은 성단 플라스마의 공동을 X선 망원경으로 관측한 적이 있다. 지난 2016년 미 항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 관측소가 포착한 영상을 조사한 노르베르트 베르너(Norbert Werner)는 믿을 수 없을 정도로 강력한 오피우커스 폭발 가능성을 처음 제기했다.

베르너 연구팀은 폭발에 의해 형성된 공동의 벽일 수 있는 이상하게 구부러진 가장자리를 보고했다. 그 폭발이 얼마나 강력한지, 과학자들은 이런 공동을 만드는 데 약 5 x 10^54 줄의 에너지가 필요할 것이라고 계산했다. 참고로 인류의 연간 총 에너지 소비량은 약 6 x 10^20줄이다.

MWA 전파망원경 © ICRAR

그러나 2016년 연구는 폭발에 의해 그 곡선의 가장자리가 형성됐다는 사실을 밝혀내지 못했다. 과학자들은 그 구멍이 너무 컸기 때문에 에너지 폭발에 의해 생긴 구멍일 거라고 생각할 수 없었다.

쟈신투치 박사는 “사람들은 폭발의 크기 때문에 회의적이었다”고 말했다. 하지만 이후 폭발에 의해 형성된 구멍이라는 사실이 밝혀졌다.

4개 망원경 자료 분석 및 결합

이번 발견은 NASA의 찬드라 X선 관측소, ESA의 XMM-뉴튼, 서부 호주의 Murchison Widefield Array(MWA), 인도의 GMRT(Giant Metrewave Radio Telescope) 등 4개의 망원경에서 획득한 데이터를 분석하고 결합해서 이루어졌다.

결합된 데이터는 곡선 가장자리가 실제로 공동 벽의 일부라는 것을 보여준다. 왜냐하면 그것은 무선 방출이 풍부한 지역에 접하기 때문이다. 이 방출은 블랙홀의 폭발이 전자를 거의 빛의 속도로 가속시켰을 때 발생했을 가능성이 높다고 연구원들은 말했다.

4개의 SKA 전파망원경 중 첫 번째 시설. ©ICRAR

오피우쿠스 폭발로 방출되는 에너지는 은하단에서 일반적으로 볼 수 있는 폭발보다 수십만 배나 더 크다. 이전 기록 보유자였던 MS 0735.6+7421의 폭발보다 약 5배 높다.

NASA 고다드 우주 비행 센터의 공동 저자인 맥심 마케비치(Maxim Markevitch) 박사는 “무선 데이터는 장갑에 손을 넣은 것처럼 X선 안에 들어맞는다”고 말했다. 이것은 여기서 전례 없는 규모의 폭발이 일어났다는 것을 말해주는 결정적인 증거이다.

그러나 오피우커스 불꽃놀이는 끝난 것으로 보인다. 라디오 데이터는 지속적인 제트 활동에 대한 증거를 보여주지 않는다고 과학자들은 말했다.

과학자들은 앞으로 더 먼 은하에 대한 연구가 활기를 띨 것으로 전망하고 있다. 이번 연구는 MWA 망원경이 1단계인 2048개의 안테나를 가지고 있을 때 이뤄졌다. MWA는 곧 4096개의 안테나를 가지게 될 것이므로 더욱 놀라운 발견이 이어질 전망이다.

이 연구는 천체물리학저널(Astrophysical Journal)에 발표됐다.

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