물질을 우주로 잃는 마그네타에 대한 아티스트의 개념. (제공:NASA/JPL-Caltech) 2004년 12월 지구를 휩쓴 감마선의 갑작스러운 폭발은 천체 물리학의 가장 큰 미스터리 중 하나인 금과 백금과 같은 우주에서 가장 무거운 원소가 어디에서 오는지 해결하는 데 도움이 되었습니다.
빅뱅 당시 우주에는 수소, 헬륨, 약간의 리튬 등 가장 가벼운 원소만 포함되어 있었습니다. 철과 같은 더 무거운 원소는 나중에 별의 심장에서 만들어졌습니다. 그런데 철보다 무거운 원소는요? 그것은 더 까다로운 퍼즐이었습니다.
희귀한 유형의 이벤트
뉴욕 컬럼비아 대학의 박사과정 학생인 아니루드 파텔(Anirudh Patel)은 “이것은 우주에서 복잡한 물질의 기원에 관한 매우 근본적인 질문입니다.”라고 말했습니다. “실제로 풀리지 않은 재미있는 퍼즐입니다.”
2004년 사건 동안 NASA와 ESA 우주선의 탐지기는 강력한 감마선 섬광을 포착했습니다. 10분 후 더 약한 신호가 도착했지만 그 신호의 출처는 아직 알려지지 않았습니다. 지금까지는 그렇습니다.
과학자들은 20년간의 위성 데이터를 재검토하면서 폭발의 원인이 지구보다 1조 배 더 강한 자기장을 지닌 중성자별인 마그네타 SGR 1806-20임을 추적했습니다. 마그네타는 때때로 태양이 100만 년 동안 방출하는 것보다 더 많은 엄청난 에너지를 방출하는 "성진"을 겪습니다. 이 모든 것이 1초도 채 안 됩니다. The Asphysical Journal Letters에 게재된 연구 결과 , 거대 마그네타 플레어는 은하수에 있는 철보다 무거운 모든 원소의 최대 10%를 차지할 수 있음을 나타냅니다.
Flatiron Institute 산하 컴퓨터 천체물리학 센터의 수석 연구 과학자이자 컬럼비아 대학교 교수인 연구 공동저자 Brian Metzger는 "이러한 원소가 어디서 형성되는지 직접적으로 증명한 것은 이번이 두 번째입니다."라고 말했습니다. "중원소 생산에 대한 우리의 이해가 크게 향상되었습니다."
증거 종합
2024년에 메츠거와 두 동료는 왕립천문학회 월간 공지에 중성자별 지각에 대한 자성 거대 플레어의 영향과 무거운 원소가 형성될 수 있는 우주로의 중입자 질량 방출을 계산한 논문을 발표했습니다.
중성자별은 거대한 별이 폭발한 후에 형성되며, 코어의 밀도가 너무 높아서 그 물질의 무게가 10억 톤에 달합니다. 마그네타는 지구보다 수조 배 더 강한 자기장으로 둘러싸인 훨씬 더 극단적인 종류입니다. 드문 경우지만, 해당 필드가 뒤틀릴 때 별의 지각이 '성진'을 일으키며 태양이 백만 년 동안 방출하는 만큼의 에너지를 1초도 안 되는 순간에 방출할 수 있습니다.
이 최신 발견에서 팀은 이론 모델을 최근 은퇴한 ESA의 국제 감마선 천체물리학 연구소(INTEGRAL) 관측소와 두 개의 NASA 위성인 RHESSI 및 Wind craft의 기록 판독값과 비교했습니다.
그들의 계산에 따르면 플레어로 인해 대략 200만 10억 십억이 위조된 것으로 나타났습니다. (오타 아님) 킬로그램의 무거운 원소(지구 질량의 약 1/3)를 빛의 10분의 1 속도로 성간 공간으로 흩뿌렸습니다. 거대한 플레어는 금과 같은 안정된 원소로 붕괴되는 불안정하고 무거운 방사성 핵을 생성합니다. 비슷한 플레어가 매 세기마다 몇 번씩 은하 전역에 걸쳐 발생한다면 느린 중성자별 충돌이 우주를 풍요롭게 하기 훨씬 전에 젊은 항성계에 씨앗을 뿌릴 수 있습니다.
"자성 거대 플레어는 젊은 은하가 합병만으로 설명할 수 있는 것보다 더 무거운 원소를 보여주는 문제에 대한 해결책이 될 수 있습니다."라고 Patel은 말했습니다.
2027년 발사 예정인 NASA의 COSI(Compton Spectrometer and Imager)는 갓 주조된 금속의 숨길 수 없는 감마선 지문을 찾기 위해 하늘을 조사할 것입니다. 거대 플레어는 단일 은하계에서는 드물지만 관측 가능한 우주 어딘가에서는 약 1년에 한 번 발생해야 합니다. COSI는 이러한 이벤트에서 생성된 개별 요소를 식별하여 요소의 출처에 대한 새로운 이해를 제공할 수 있습니다.
연구원들은 또한 다른 보관 데이터를 추적하여 다른 자성 거대 플레어 관찰에 다른 비밀이 숨겨져 있는지 확인할 것입니다.
"휴대폰이나 컴퓨터에 들어 있는 귀금속과 같이 우리 주변에 있는 중원소 중 일부가 이렇게 극단적인 환경에서 생산된다는 것은 정말 믿기 힘든 일입니다."라고 Patel은 말했습니다.
