우주 폭발이 20억 광년 떨어진 지구 대기에 영향을 미쳤다

가장 밝은 감마선 폭발의 효과는 더 가까운 폭발이 어떻게 생명에 해를 끼칠 수 있는지 보여줍니다. 2022년 10월 9일, 7분 동안 19억 광년 떨어진 거대한 폭발에서 나온 고에너지 광자가 이전에는 관찰되지 않았던 지구 한쪽 면을 태웠습니다. 감마선 폭발이라고 불리는 이 사건은 이전 기록 보유자보다 70배 더 밝았습니다. 그러나 천문학자들이 역사상 가장 밝은 'BOAT'라고 부르는 것은 전자기 스펙트럼에 걸친 빛의 쇼를 제공하는 것 이상의 역할을 했습니다. 연구진은 또한 이 물질이 고도 50~1000km에 이르는 전리층 전체에 걸쳐 원자를 이온화했다고 밝혔습니다. 이번 발견은 지구의 보호 오존층을 파괴하는 더 가까운 폭발의 희미하지만 실제적인 위험을 강조합니다.

 

유럽우주국의 태양 물리학자 로라 헤이즈는 "이것은 매우 거대한 사건이었고 대기의 모든 수준에 영향을 미쳤다"라고 말했습니다. 천문학자들은 수십억 배 더 멀리 떨어져 있음에도 불구하고 은하수의 밝은 별만큼 강렬하게 빛나는 감마선 폭발의 원인이 무엇인지 아직 확신하지 못합니다. 수십억 광년에 걸쳐 그렇게 많은 에너지를 방출하려면 감마선 폭발은 빅뱅 이후 가장 큰 폭발 중 하나임에 틀림없습니다. 그들 중 적어도 일부는 죽어가는 거대한 별이 중성자별이나 블랙홀로 붕괴할 때 발생하는 특정 유형의 초신성에서 태어날 수 있습니다. 일반적인 감마선 폭발은 태양이 전체 100억 년 수명 동안 방출할 만큼의 에너지를 몇 초 안에 방출합니다. 그러한 기준에 의해서도 감마선 폭발 221009A로 알려진 2022년 10월 사건은 나사의 페르미 감마선 우주 망원경의 탐지기를 포화시키고 아마추어 천문학자라도 몇 시간 동안 볼 수 있는 더 긴 가시 파장에 잔광을 남기는 예외적인 사건이었습니다.

 

헤이스는 유럽우주국의 솔라 오비터 우주선의 탐지기가 감마선 폭발 221009A에서 엑스레이를 포착했다는 소식을 듣고 전리층에 대한 태양 플레어의 영향을 탐지하기 위해 사용했던 다른 장비에서 이 사건을 목격했을지 궁금해했습니다. 슈퍼 SID라고 불리는 이 장비는 아일랜드 던싱크 천문대에서 매우 낮은 주파수 무선 신호를 포착하도록 조정된 간단한 안테나입니다. 매우 낮은 주파수 파도는 바닷물을 관통할 수 있기 때문에 군대는 이를 사용하여 잠수함과 통신합니다. 파도는 또한 바다 표면과 낮은 전리층의 하전 입자 사이를 튕겨서 지구 주위로 수천 킬로미터를 이동할 수 있습니다. 슈퍼 SID는 해군 메시지를 해독할 수 없지만, 매우 낮은 주파수 신호 전달의 모양과 강도 변화를 분석하여 하부 전리층 상태에 대한 정보를 수집할 수 있습니다. 헤이스 슈퍼 SID 데이터를 2022년 10월 9일까지 되돌아봤을 때 감마선 폭발 221009A가 발생했을 당시 매우 낮은 주파수 신호의 강도가 급격하게 증가한 것을 확인했습니다. 이는 중소형 태양 플레어 효과와 크기가 거의 같았습니다. 동료는 2022년 10월 원자 흡수 분광법 연구 노트에 보고했습니다. 관찰에 따르면 폭발의 광자는 표면 위 60km까지 도달하고 공기 중 더 많은 분자를 이온화하여 더 나은 반사경을 만드는 것으로 나타났습니다. 과거 감마선 폭발의 매우 낮은 주파수 탐지는 태양의 활동으로 인해 사라지지 않은 밤에 발생했습니다. 이번에는 연구원들이 한 마리를 잡았습니다. 헤이스는 "우리는 그것이 너무 커서 놀랐다"라며, "태양마저도 이겼다"라고 말했습니다.

 

그러면 나머지 전리층은 어떻게 될까요? 두 번째 우연한 관찰에 따르면 그것은 또한 동요되었습니다. 라퀼라 대학의 우주 기상 과학자 미르코 피에르산티와 동료들은 중국 지진-전자기 위성이라는 소형 위성의 데이터를 분석하고 있었습니다. 사회적 가치 연구원들은 상부 전리층에 미치는 영향으로부터 지진 전조를 감지하는 것을 목표로 합니다. 위성은 507km 고도에서 궤도를 돌며 주변의 순화된 대기에 있는 입자의 특성을 측정합니다. 사회적 가치 연구원들은 우연히 감마선 폭발 221009A의 공격을 목격할 수 있는 적절한 장소에 있었습니다. 연구팀은 네이처 커뮤니케이션즈에 보고한 바에 따르면, 이동 중인 전리층 영역의 전기장에서 스파이크가 기록되었으며, 이는 감마선 폭발의 이온화가 갑자기 증가하여 발생했을 수 있습니다. 태양 플레어와 같은 다른 원인을 배제하기 위해 팀은 갑작스런 감마선 펄스가 대기 상층부에 미치는 영향을 모델링했습니다. 그것은 전기장 스파이크의 크기와 감마선 폭발 221009A와 스파이크 사이의 시간 지연과 일치했습니다. 피에르산티는 "전리층 상부에서 이러한 변화를 관찰할 수 있었던 것은 이번이 처음이다"라고 말했습니다. 헤이즈도 동의하며 "효과는 아래에서 예상되었지만, 높은 고도에서는 볼 수 없었다"라며 "전체 시스템의 역학이 바뀌었다"라고 말했습니다.

 

과학자들은 감마선 폭발이 가까운 은하계나 은하계 내부에서 발사되면 어떤 일이 일어날지에 대해 오랫동안 고민해 왔습니다. 19억 광년 떨어진 감마선 폭발이 이런 식으로 우리 전리층 전체에 영향을 미칠 수 있다면 "더 가까운 곳이 우리에게 매우 심각할 수 있다"라고 피에르산티는 말합니다. 이어 "그것은 태양의 유해한 자외선으로부터 생물을 보호하는 오존층을 파괴할 것이다"라고 그는 말합니다. 공기와 햇빛 사이의 상호 작용으로 탄생한 오존, 즉 O3 분자는 고도 15~35km의 성층권에서 자연적으로 형성됩니다. 그러나 근처 감마선 폭발에서 나오는 강렬한 감마선 폭발은 오존이 재생되는 것보다 더 빠르게 오존을 파괴하는 질소산화물을 생성할 것입니다. 피에르산티는 회복하는 데 최대 10년이 걸릴 수 있다고 말했습니다. 모델에 따르면 그 당시 식물과 동물은 자외선 수준의 증가로 인해 훨씬 더 많은 유전자 손상을 겪을 수 있다고 합니다. 그러나 천문학자들은 감마선 폭발 221009A가 10,000년에 한 번 일어나는 사건이므로 더 가까운 사건은 더욱 드물다고 추정합니다. 피에르산티는 "저는 낙천주의자다"라며, "그러나 물리적인 관점에서 보면 그런 일이 일어날 수 있다"라고 말했습니다.