[아하! 우주] 인터스텔라로 간 보이저호, ‘전파 폭발’ 발견했다

[서울신문 나우뉴스]

태양계를 벗어나 성간 공간을 날아가는 보이저호 상상도

미 항공우주국(NASA)의 쌍둥이 우주 탐사선 보이저호가 성간공간에서 계속 새로운 발견들을 알려오고 있다. 보이저호는 새로운 유형의 ‘전자 폭발'(electron burst)을 감지했는데, 이는 별이 플레어를 일으키는 메커니즘을 규명하는 데 하나의 통찰을 줄 것으로 보인다고 새로운 연구가 보고했다.

전자 폭발은 태양계를 가로질러 빠른 속도로 움직이는 입자인 우주선(宇宙線)이 태양면 폭발로 야기된 충격파에 의해 밀렸을 때 일어난다. 그럴 경우 전자는 성간공간의 자기장선을 따라 믿을 수 없을 정도의 속도로 가속된다고 연구팀의 한 과학자가 밝혔다.

“충격파가 입자를 가속시킨다는 것은 새로운 아이디어는 아니다”라고 전제한 논문 교신저자 돈 거넷 미국 아이오와 대학 천체물리학 명예교수는 “그러나 그 같은 현상을 새로운 영역, 곧 유사한 과정이 관찰된 태양계의 태양풍과는 전혀 다른 성간 매체 속에서 발견했다는 점이 특기할 만하다”고 설명했다.

태양계를 벗어나는 보이저 1, 2호의 상상도. 각각 태양 공전면 아래 위로 날아가 태양계를 떠났다

두 보이저 우주선은 43년 동안 우주를 항해하고 있는 중이지만 여전히 건강한 체력을 유지하고 있으며, 탑재된 과학장비들도 정상적으로 작동하면서 각종 과학 데이터들을 지구로 전송하고 있다. 단, 보이저 2호는 지구의 수신 시설 업그레이드로 인해 올해 몇 달 간 교신하지 못했지만, 지난 11월 다시 통신이 재개되었다.

전자 폭발을 일으키는 첫 번째 단계는 태양의 코로나 질량 방출에서 촉발된다. 이러한 태양 폭발은 엄청난 양의 초고온 플라스마를 우주공간으로 방출하고, 이것은 태양계를 가로질러 퍼져나가는 충격파를 만든다.

이러한 충격파는 빠르게 움직이는 우주선 전자, 즉 먼 초신성으로부터 오는 하전 입자를 가속한다. 이러한 우주선은 성간 매질 속에서 별 사이로 이어지는 자기장선을 따라 더욱 가속된다. 그리하여 자기장선은 결국 우주선을 거의 광속에 가깝게 가속시킨다. 이는 처음 우주선을 가속시킨 태양 충격파보다 670배나 빠른 속도다. 연구진은 충격파의 속도가 시속 160만㎞에 이른다고 밝혔다.

아이오와 대학 연구팀은 “물리학자들은 성간 매질에 있는 이러한 전자가 충격파의 첨단에 있는 강화된 자기장에서 반사된 후 충격파의 움직임에 의해 가속되는 것으로 믿고 있다"면서 "반사된 전자는 성간 자기장선을 따라 나선형으로 진행하며, 전자와 충격점 사이의 거리가 멀어짐에 따라 속도는 더욱 빨라진다”고 밝혔다.

보이저 1,2호는 충격파로 인한 전자 가속이 발생한 후 며칠 내로 이를 감지했다. 그리고 얼마 후 두 탐사선은 모두 전자 폭발에 의해 생성된 성간 매체를 통해 느리고 낮은 에너지의 플라스마 파 진동을 발견했다.

보이저 1, 2호는 모두 전자 폭발이 발생한 후 최대 1년이 지난 후에야 태양 충격파를 감지했다. 이는 우주선이 태양으로부터 멀리 떨어져 있었기 때문에 걸린 대기 시간이다. 보이저 1호는 태양에서 약 227억㎞ 떨어져 있고, 보이저 2호는 약 188억㎞ 거리에 있다. 지구와 태양의 평균 거리는 1억 5000만㎞(1AU)이므로 두 우주선은 각각 151AU, 125AU 거리에 있는 셈이다.

천문학자들은 충격파와 우주선이 어떻게 태양 폭발에서 발생하는지 더욱 잘 이해하기를 희망한다. 태양 폭발은 국제우주정거장(ISS)이나 NASA가 2024년에 착륙하기를 희망하는 달과 같은 곳의 우주비행사에게 위험한 방사선을 생성할 수 있다. 특히 격렬한 폭발은 지구 궤도를 도는 위성이나 전력선과 같은 기반 시설에 치명적인 손상을 끼칠 수도 있기 때문에 이에 대한 연구의 중요성은 우리 생존에도 직격된 문제다. 새로운 연구는 ‘천문학 저널’ 12월 3일자에 발표되었다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

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