초신성 폭발 뒤 남은 펄서(Pulsar·자전 중성자별)가 시속 400만㎞ 가깝게 우주 공간을 가르며 "대포알처럼" 돌진하는 장면이 포착됐다. 이는 지구에서 달까지 단 6분 만에 돌파할 수 있는 속도다.

미국 항공우주국(NASA) 고다드우주비행센터에 따르면 국립전파천문대(NRAO) 과학자 프랭크 쉰젤 박사가 이끄는 연구팀은 지구에서 약 6천500광년 떨어진 카시오페이아자리에서 관측한 펄서 'PSR J0002+621' 관측 결과를 미국천문학회(AAS) 고에너지 천체물리학 분과회의에서 발표했다.

▲ VLA로 관측된 펄서 J0002+6216의 꼬리. 캐나다 CGPS 배경이미지에 꼬리 부분이 나타나는 VLA 이미지를 덧씌운 것이다.

펄서는 대형 별이 초신성 폭발로 붕괴한 뒤 생기는 초고밀도의 급속히 회전하는 중성자별을 지칭한다. 회전할 때마다 짧고 규칙적인 주기로 펄스 형태의 전파를 방사해 맥동전파원(脈動電波源)이라고도 한다.

J0002는 초당 8.7회 회전하면서 매번 감마선을 방출하는 것으로 관측됐다.

연구팀은 NASA의 페르미 감마선 우주망원경과 전파망원경 27대를 Y자 모양으로 배열한 국립과학재단의 대형 전파간섭계 '칼 G. 얀스키 초대형배열(VLA)'을 이용했다.

J0002는 지난 2017년 '아인슈타인@홈'이라는 시민과학자 참여 프로젝트를 통해 처음 존재가 확인됐다. 시민과학자들의 컴퓨터를 연결해 페르미 우주망원경의 감마선 자료를 처리해 총 1만년이 넘는 시간을 분석했다. 이를 통해 모두 23개의 감마선 펄서를 찾아냈으며 J0002도 이 중 하나였다.'

연구팀은 페르미 우주망원경 자료와 함께 규칙적인 펄스 신호에서 나타나는 미세한 시간 차이를 분석해 펄서 자체의 움직임을 확인하는 '펄서 타이밍' 기법을 활용해 J0002가 어떤 방향으로 얼마나 빨리 움직이는지 분석했다.

그 결과는 약 1만년 전 발생한 초신성 폭발로 CTB 1에서 고속으로 퉁겨져 나왔을 것이라는 가설과 일치했다.

J0002는 'CTB 1'으로 불리는 초신성 잔해의 중심에서 약 53광년 가량 떨어져 있었으며, 급격한 움직임이 성간 가스에 충격을 가하면서 자기에너지 꼬리를 만들고 입자를 가속해 VLA 전파망원경에 포착됐다. 그 꼬리는 CTB 1 중앙에서 약 13광년에 걸쳐 분명하게 형성돼 있는 것이 관측됐다.

J0002가 움직이는 속도는 다른 펄서 평균속도보다 5배 빠른 것이며, 궁극에는 우리 은하를 벗어날 것으로 예측됐다.

연구팀은 초신성 폭발 직후에는 별에서 떨어져 나온 파편이 J0002보다 더 빠른 속도로 밖으로 퍼져 나갔으나 수천년이 지나면서 성간 가스와의 상호작용으로 속도가 점점 줄어들어 약 5천년 가량 뒤에는 "대포알 처럼 움직이는" 펄서가 초신성 파편을 벗어나 밖으로 뻗어나갔다고 설명했다.

연구팀은 펄서 타이밍 기법이 자료량이 많을수록 정확해지는데 J0002에 대한 페르미의 자료는 10년치에 달해 정확한 측정이 가능했다면서 J0002에 대한 추가 연구를 통해 펄서의 가속에 대한 이해를 넓힐 수 있을 것이라고 밝혔다.'

연구팀은 이번 연구결과를 논문으로 정리해 국제학술지 '천체물리학저널 회보(Astrophysical Journal Letters)'에 제출했으며, VLA와 약 8천600여㎞ 걸쳐 설치된 10개의 전망망원경 네트워크인 '초장기선배열(VLBA)', 찬드라 X-선 우주망원경 등을 이용해 추가 관측을 계획 중이다.

쉰젤 박사는 보도자료를 통해 "J0002의 다트처럼 생긴 꼬리와 우연한 관측 각도에 힘입어 펄서의 기원을 바로 추적할 수 있었다"면서 "J0002에 대한 추가 연구는 초신성 폭발이 어떻게 그처럼 초고속 상태로 중성자별이 튕겨나가게 됐는지를 이해하는 데 도움을 줄 것"이라고 했다.

<연합>

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