천문학자들이 깊은 우주 속 이상한 전파원의 미스터리를 풀었다

은하보다 더 큰 섬뜩한 고리는 고대별 형성의 폭발로 인해 발생할 수 있습니다. 2019년부터 천문학자들은 전파 파장의 하늘 조사에서 나타나는 이상한 고리인 홀수 전파원에 대해 의구심을 품었습니다. 고리 중 적어도 하나는 먼 은하에서 형성된 후 폭발하여 가스를 주변 공간으로 폭발시키는 별의 폭발로 인해 발생했을 가능성이 있다고 천문학자 팀이 뉴올리언스에서 열린 미국 천문 학회 회의에서 말했습니다. 그 가스가 은하계 주변에서 느리게 움직이는 가스와 충돌했을 때, 은하수보다 10배 이상 넓은 섬뜩한 홀수 전파원을 생성하는 충격파를 생성했습니다.

 

오하이오 주립대학의 천문학자 수미트 사르바디카리는 "이것은 매우 흥미로운 발견이며 그들의 시나리오는 언뜻 보기에 그럴듯해 보입니다"라고 말했습니다. 아리야바타 관측 과학 연구소의 아미테시 오마르는 다음과 같이 동의합니다. "나는 이것이 은하 주변의 홀수 전파원의 본질을 밝히는 데 중요한 논문이라고 생각합니다"

 

가로가 각각 12미터인 36개의 라디오 접시로 구성된 호주 평방 킬로미터 배열 패스파인더는 2019년에 첫 번째 홀수 전파원을 발견했습니다. 현재까지 발견된 홀수 전파원은 12개 미만이며, 그다지 많은 정보를 제공하지 않았습니다. 일부 천문학자들은 이것이 우리 은하 내부나 근처에서 초신성 폭발로 인해 바깥쪽으로 팽창하는 잔해에 의해 발생했을 수 있다고 생각했습니다. 그러나 2023년 10월에 발표된 논문에서 사르바디카리와 그의 동료들은 6개의 홀수 전파원을 초신성 잔해 모델과 비교하고 단 하나만 그럴듯하게 그 틀에 들어맞을 수 있다고 결론지었습니다.

 

대부분의 천문학자들은 홀수 전파원이 크고 멀리 떨어져 있는 물체라고 믿으며, 많은 천문학자가 중심에 은하계를 둘러싸고 있는 것처럼 보입니다. 많은 은하계에는 중심에 초거대 블랙홀이 포함되어 있어 주변 물질을 소모하고 반대 방향으로 물질 제트를 발사할 수 있습니다. 이들은 은하 주변의 가스에 부딪힐 때 전파에서 두 개의 거대한 돌출부로 나타날 수 있습니다. 은하계는 또한 중앙 블랙홀이 별 전체를 소비할 때, 또는 은하계가 합쳐지고 두 개의 블랙홀이 합쳐질 때 잔해를 뿜어낼 수도 있습니다. 그러나 천문학자들은 홀수 전파원의 전파 방출이 특징이 없고 다른 파장의 빛을 방출하지 않는 것으로 보이기 때문에 이러한 설명을 뒷받침하기 위해 노력해 왔습니다.

 

다른 설명에 대한 단서는 샌디에이고 캘리포니아 대학의 앨리슨 코일과 그녀의 동료들이 홀수 전파원4로 알려진 홀수 전파원을 광학 파장에서 관찰하기 위해 하와이에 있는 켁 망원경 중 하나에 시간을 예약한 후에 나타났습니다. 그들은 밝고 어린 별에서 나오는 자외선이 주변 가스 구름의 산소를 이온화할 때 일반적으로 발생하는 OII로 알려진 산소 원자에서 형광등을 발견했습니다. 이온이 전자를 다시 얻으면 형광을 발합니다. 결과적으로 천문학자들은 OII를 사용하여 은하계에서 얼마나 많은 별 형성이 일어나고 있는지 측정합니다.

 

그러나 홀수 전파원4의 OII 신호는 거의 은하 전체를 커버했으며 평소보다 10배 더 밝았다고 코일은 말합니다. 평소보다 훨씬 더 많은 양의 OII가 있었습니다. 또한 가스는 예상보다 훨씬 더 넓은 범위의 속도를 보여 격렬하게 휘젓고 있음을 시사했습니다. "이게 무슨 뜻일까요?" 코일은 생각을 회상합니다.

 

오늘 네이처에 발표된 논문에 설명된 시스템의 컴퓨터 모델을 사용하여 그녀와 동료들은 답이 있다고 믿습니다. 데이터에 가장 적합한 시나리오는 10억년 전에 홀수 전파원4 중심의 은하계가 짧지만, 강렬한 별 형성 기간을 겪었다는 것입니다. 이러한 별 폭발은 밝게 타오르고 빠르게 연료가 고갈되는 큰 별을 생성하는 경향이 있으므로, 수백만 년 후에 별은 초신성으로 폭발합니다. 빠르게 연속되는 이 폭발은 은하계에서 가스를 불어내는 강력한 은하풍을 생성합니다.

 

그 바람이 은하계 외부의 얇은 가스에 닿으면 충격파가 생성됩니다. 홀수 전파원4의 경우 라디오 어레이가 보고 있는 것은 10억년 후 엄청난 크기로 성장하고 속도가 느려진 후의 충격파입니다. 충격파 내부에서 빠르게 움직이는 전자는 자기장 선 주위를 나선형으로 회전하며 싱크로트론 빛으로 알려진 방사선을 생성합니다. 홀수 전파원4의 노화 충격파에서는 이러한 회전이 여유롭게 이루어지며 홀수 전파원4에서 볼 수 있는 전파가 생성됩니다.

 

이 모델은 또한 이렇게 짧고 날카로운 항성 폭발에서 은하풍의 꼬리 끝이 정체되어 은하계를 향해 뒤로 떨어지기 시작할 수 있다고 예측했습니다. 그런 다음 다시 은하계로 돌진하면서 두 번째 충격파를 생성하는데, 이는 더 많은 산소 원자를 이온화하고 OII 빛의 비정상적인 생성을 설명할 수 있습니다. OII 방출 범위는 무선 범위의 1/10이지만 "둘 사이의 연결은 거의 확실하게 존재할 것"이라고 오마르는 말합니다.

 

이 모델은 애초에 별 탄생의 폭발적인 원인이 무엇인지 밝히지 않습니다. 그러나 코일의 직감은 비슷한 크기의 은하들의 합병에 의해 촉발되었다는 것입니다. 이러한 합병은 가스 구름을 압축하고 별 형성을 시작합니다. 팀은 켁과 함께 홀수 전파원4를 더 자세히 살펴보고 칠레에 있는 유럽의 초대형 망원경으로 다른 여러 개를 연구함으로써 모델을 확고히 하기를 희망합니다.

 

확인은 단지 홀수 전파원 미스터리를 해결하는 것 이상의 역할을 할 것입니다. 이는 또한 천문학자들에게 항성 폭발과 그 효과에 대한 새로운 통찰력을 제공할 것입니다. 그들이 생성하는 은하풍은 일단 은하계에서 나온 후에는 감지하기 어렵습니다. 반면에 홀수 전파원은 엄청난 크기로 커진 과거 유출의 유물이므로 천문학자들이 "은하 바깥 멀리 있는 가스를 추적할 수 있다"라고 코일은 말합니다. 사르바디카리는 이에 동의하며 과거 가스 유출을 추적하기 위해 홀수 전파원을 사용하는 방법을 배우는 것이 "현장에서 매우 중요할 것"이라고 말했습니다.