‘꽝’ 우주의 굉음, 출처 밝혀내…60억 광년 거리 은하서

‘급속 전파 폭발’(Fast Radio Burst·FRB). 아득히 먼 우주에서 찰나의 순간에 강력한 전파가 폭발적으로 방출되는 현상이다. 하지만 어디에서 폭발하는지, 왜 벌어진 건지 등에 대해서는 전혀 밝혀지지 않았던 정체불명의 폭발이었다.
하지만 호주연방과학원(CSIRO) 등 연구진은 24일(현지시간) 이 현상 중의 하나가 지구로부터 약 60억 광년 거리에 있는 한 은하에서 나왔다는 것을 최초로 밝혀냈다고 발표했다.

이들 천문학자는 지난 9년간 ‘급속 전파 폭발’의 원인을 파악하기 위한 기원을 찾기 위해 노력해왔다.

급속 전파 폭발은 우리 인간의 눈으로는 볼 수 없는 순간적인 현상이지만, 1000분의 1초 동안 방출되는 에너지양은 태양 복사에너지의 약 1만 년분에 해당한다. 단 이 폭발이 발생하는 원인은 아직 과학적으로 밝혀지지 않고 있다.

CSIRO의 사이먼 존스턴 박사는 “이번 발견으로 무엇이 폭발 현상을 일으키는지 밝히기 위한 길이 열리게 됐다”고 말했다.

지난 2007년 처음 발견된 ‘급속 전파 폭발’ 현상은 지금까지 단 17회밖에 관측되지 않았다. 하지만 천문학자들은 매일 1만 회 이상이 발생하고 있는 것으로 생각하고 있다.



이 폭발이 외계인의 신호라고 주장하는 가설이 있기도 하지만, 이번 연구논문의 주저자로 SKA 거대전파망원경 기관의 에반 킨 박사는 “아니다. 미안하지만…”이라고 말했다. SKA(Square Kilometre Array)는 세계 최대 전파 망원경 프로젝트로 다국적 협력 아래 진행 중이다.

지난해 4월 18일 관측된 이번 급속 전파 폭발에 대해 킨 박사는 가능성이 큰 원인으로 초고밀도 중성자별끼리 충돌로 발생했을 수 있다고 지적한다.

이 폭발 현상은 호주 동부에 있는 CSIRO의 파크스(Parkes) 전파망원경에 의해 발견됐다. 이에 따라 다른 망원경에서도 관측이 시도됐고 수 시간 안에 CSIRO의 호주 전파망원경(Australia Telescope Compact Array·ATCA)에서 급속 전파 폭발의 ‘잔광’(afterglow)을 검출했다.

이후 미국 하와이주(州)에 있는 스바루 망원경을 사용해 약 6일간 계속된 이 잔광이 어디에서 오고 있는 것인지를 분석했다.

에반 킨 박사는 “이렇게 하는 것으로 단일 망원경의 1000배 줌 배율로 관측대상을 파악할 수 있었다”고 말했다.

이번 폭발의 발생원(소스)으로서 특정된 은하는 태양계가 속한 은하(Milky Way)와 같은 막대나선은하가 아닌 타원은하로 나타났다. 이 은하의 지름은 약 7만 광년이며 태양 크기의 항성 약 1000억 개에 해당하는 질량을 가진 것으로 나타났다.

연구진에 따르면, 이번 발견으로 또 다른 오랜 과학적 의문 ‘사라진 물질’ 혹은 ‘사라진 중입자’ 문제를 해결할 실마리를 얻게 됐다.

우주는 약 70%의 암흑에너지와 25%의 발견할 수 없는 암흑물질, 그리고 약 5%에 불과한 보통 물질(중입자)로 구성된 것으로 간주된다. 행성과 항성, 인간 등은 이 보통 물질로 만들어져 있다.

하지만 문제는 지금까지 천문학자들이 일반 물질의 존재를 약 절반밖에 설명하지 못했고 나머지 물질은 ‘사라진’ 것으로 간주하고 있는 것에 있다.

이번 연구에서 연구진은 급속 전파 폭발의 ‘전파 거리’와 이 폭발이 ‘진공 상태에서 전달되는 경우 필요한 시간’을 산정할 수 있었다.

전파의 도달 시간이 진공의 경우보다 늦어지는 것은 발생원인 은하와 지구 사이에 있는 물질 입자가 존재하는 공간을 전파가 통과해오지 않으면 안 된다는 것을 보여주고 있는 것으로 생각된다.

이에 대해 킨 박사는 “우주는 완전히 진공 상태가 아니라 밀도가 매우 낮은 것일 뿐”이라고 설명했다. 이어 “거기에 물질이 존재하지만 지금까지 이를 확인할 수 없었던 것으로 생각한다”면서 “급속 전파 폭발의 신호가 지연되는 것에서 이를 알 수 있다”고 덧붙였다.

이번 관측 결과를 토대로 킨 박사는 “우리는 사라진 중입자를 발견한 것”이라고 주장했다.

이번 연구성과는 세계적인 학술지 ‘네이처’(Nature) 최신호에 실렸다.

사진=CSIRO

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr