최종편집2024-04-28 23:24 (일)

[미디어파인 칼럼 = 이상원 기자] 최근 천문학자들은 기존의 이론들을 뒤집는 감마선 폭발을 발견했다. 수십 년 동안, 천문학자들은 감마선 폭발이 길고 짧은 두 가지 형태, 즉 2초 이상 지속되거나 엄청나게 빠르게 끝난다고 생각했다. 그러나 약 1년 전, 두 대의 NASA 우주 망원경이 두 개의 양상이 합쳐진 감마선 폭발을 발견했다. 오래 지속되었지만, 짧은 감마선 폭발 형태를 띠고 있었다.

GRB 211211A라고 불리는 이 폭발은 최초로 쌍성을 모호하지 않게 깨드렸다. 이러한 폭발이 발견되기 전까지 천문학자들은 감마선 폭발을 만드는 데는 주로 두 가지 방법이 있다고 생각했다. 첫째는 초신성에서 폭발하기 직전에 거대한 별이 붕괴하면 긴 감마선이 폭발하여 2초 이상 지속될 수 있다. 두 번째는 중성자별이 충돌하여 새로운 블랙홀을 형성해 2초 이하의 짧은 감마선 폭발을 방출할 수 있다.

그러나 약간의 이상한 점들이 있었다. 2020년의 짧은 감마선 폭발은 거대한 별의 내부 폭발에서 온 것으로 보였다. 또한 2006년에 발생한 장기간의 감마선 폭발은 초신성이 결여되어 있음이 밝혀졌다. GRB 211211A에 대해서는 그런 미스터리가 없다. 폭발은 50초 이상 지속되었고 분명히 킬로노바가 동반되었으며, 중성자별이 충돌한 후 새로운 원소들의 특징적인 빛이 만들어진다.

나사의 스위프트와 페르미 우주 망원경은 약 11억 광년 떨어진 은하계에서 폭발을 감지했다. 해당 폭발이 비교적 가까이 있었기 때문에 천문학자들은 면밀히 관찰할 수 있으리라 생각했다. 그러나 몇 주가 흘러도 초신성이 나타나지 않자, 과학자들은 혼란스러워졌다.

다른 설명 들을 배제한 후 과학자들은 폭발의 후유증을 중력파와 함께 관찰된 최초의 킬로노바와 비교했다. 킬로노바란 중성자별 쌍이나 중성자별과 블랙홀이 충돌할 때 일어나는 순간적인 현상이다. 그리고 과학자들은 이것이 킬로노바임을 확신했다.

이제 문제는 무슨 일이 일어났는가였다. 일반적으로, 결합하는 중성자별은 거의 즉시 블랙홀로 붕괴한다. 감마선은 블랙홀 안으로 떨어지면서 과열된 물질에서 발생하지만, 물질이 부족하기 때문에 블랙홀은 2초 안에 해당 감마선을 먹어 치운다. 그렇다면 어떻게 GRB 211211A는 거의 1분 동안 빛을 지속시켰을까?

중성자별들이 처음에는 하나의 더 큰 중성자별로 합쳐져서 블랙홀로 붕괴하는 압력에 잠시 저항했을 가능성이 있다. 또 다른 가능성은 중성자별이 다른 중성자별 대신 태양 질량의 약 5배에 달하는 작은 블랙홀과 충돌했다는 것이다. 그리고 블랙홀이 중성자별을 먹는 과정은 더 오래 걸렸다. 

기원이 무엇이든 간의 이번에 발생한 감마선 폭발은 과학계에서 매우 중요한 문제이다. 무엇이 원인인지 파악하는 것은 우주에 있는 무거운 원소들의 양 등에 대해서 알 수 있기 때문이다. 더 많은 연구를 위해 과학자들은 노력하고 있다.

[이상원 칼럼니스트] 
고려대 산업경영공학과(재학 중)
미디어파인 대학생칼럼니스트 겸 기자