폭발하는 중성자별에서 나오는 빛에서 측정된 전자의 춤

두 중성자별의 충돌과 블랙홀의 탄생에 따른 방사성 빛에서 기본 입자의 온도가 관찰되었습니다. 이를 통해 처음으로 이러한 우주적 사건에서 미시적이고 물리적인 특성을 측정할 수 있게 되었습니다. 동시에 순식간에 이루어진 스냅샷 관찰이 시간에 걸쳐 펼쳐진 물체를 어떻게 나타내는지 보여줍니다. 이 발견은 코펜하겐 대학교 닐스 보어 연구소의 천체물리학자들이 이루어졌으며 국제 과학 저널인 천문학 및 천체물리학 에 게재되었습니다.

새로운 관찰 방법으로 중원소 생성 밝혀져

두 개의 중성자별의 충돌로 지금까지 관찰된 가장 작은 블랙홀이 생성되었습니다. 이 극적인 우주적 충돌로 인해 블랙홀이 탄생한 것 외에도 빛의 속도에 가까운 속도로 확장되는 불덩어리가 생성되었습니다. 그 후 며칠 동안 그것은 수억 개의 태양과 비슷한 광도로 빛났습니다.

킬로노바라고도 불리는 이 빛나는 물체는 폭발로 생성된 무거운 방사성 원소의 붕괴로 인해 막대한 양의 방사선이 방출되기 때문에 이렇게 밝게 빛납니다.

니엘스 보어 연구소 산하 Cosmic DAWN 센터가 이끄는 국제 연구팀은 전 세계 망원경으로 측정한 킬로노바 빛을 결합하여 폭발의 수수께끼 같은 본질을 파악하고 오래된 천체물리학 질문에 대한 답에 한 걸음 더 다가갔습니다. 철보다 무거운 원소는 어디에서 왔을까요?

전 세계의 천문대가 관측에 참여

"이 천체물리적 폭발은 시간마다 극적으로 전개되므로 단일 망원경으로는 전체 스토리를 따라갈 수 없습니다. 개별 망원경의 사건에 대한 시야각은 지구의 회전으로 인해 차단됩니다.

하지만 호주, 남아프리카공화국, 허블 우주 망원경의 기존 측정 결과를 결합하면 우리는 그 발전 과정을 매우 자세하게 따라갈 수 있습니다.

닐스 보어 연구소의 박사과정 학생이자 새로운 연구를 주도한 앨버트 스네펜은 "우리는 전체가 개별 데이터 집합의 합보다 더 많은 것을 보여준다는 것을 보여주었습니다."라고 말했습니다.

폭발은 빅뱅 직후의 우주와 유사하다

충돌 직후, 파편화된 별-물질의 온도는 수십억도에 달합니다. 태양의 중심보다 천 배나 더 뜨겁고, 빅뱅 직후 1초 후의 우주 온도와 비슷합니다.

이렇게 극단적인 온도에서는 전자가 원자핵에 결합되지 않고 대신 소위 이온화 플라즈마 속에서 떠다니게 됩니다.

전자는 "춤"을 춘다. 하지만 그 뒤를 이은 순간, 분, 시간, 며칠 동안 별-물질은 빅뱅 이후의 전체 우주와 마찬가지로 식습니다.

스트론튬의 지문은 중원소 생성의 증거

빅뱅 이후 37만 년이 지나 우주는 충분히 식어서 전자가 원자핵에 부착되어 최초의 원자를 만들었습니다. 이제 빛은 자유 전자에 의해 더 이상 차단되지 않았기 때문에 우주에서 자유롭게 이동할 수 있었습니다.

즉, 우주의 역사에서 우리가 볼 수 있는 가장 이른 빛은 이른바 "우주 배경 복사"입니다. 빛의 패치워크로, 밤하늘의 먼 배경을 구성합니다. 전자와 원자핵의 통합과 유사한 과정을 이제 폭발의 별 물질에서 관찰할 수 있습니다.

구체적인 결과 중 하나는 스트론튬과 이트륨과 같은 중원소의 관찰입니다. 이들은 감지하기 쉽지만, 우리가 그 기원을 확신하지 못했던 다른 많은 중원소도 폭발에서 생성되었을 가능성이 높습니다.

"이제 우리는 원자핵과 전자가 잔광 속에서 결합하는 순간을 볼 수 있습니다. 처음으로 원자의 생성을 보고, 물질의 온도를 측정하고, 이 먼 폭발에서 미시적 물리학을 볼 수 있습니다. 마치 사방에서 우리를 둘러싼 세 개의 우주 배경 복사를 감상하는 것과 같지만, 여기서는 모든 것을 외부에서 볼 수 있습니다. 우리는 원자가 탄생하기 전, 중, 후를 봅니다." Cosmic DAWN Center의 박사 과정 학생이자 이 연구의 공동 저자인 Rasmus Damgaard의 말입니다.

Niels Bohr Institute의 공동 저자이자 조교수인 Kasper Heintz는 다음과 같이 덧붙입니다. "물질은 너무 빨리 확장되고 크기가 너무 빨리 커져서 빛이 폭발을 가로질러 이동하는 데 몇 시간이 걸립니다. 이것이 바로 불덩어리의 먼 끝을 관찰하는 것만으로도 폭발의 역사를 더 거슬러 올라갈 수 있는 이유입니다.

우리와 가까운 전자는 원자핵에 결합되었지만, 반대편, 새로 태어난 블랙홀의 저 멀리 있는 반대편에서는 '현재'는 여전히 미래에 불과합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241104112242.htm