5만 광년을 날아온 우주 대폭발의 신비

지난해 12월 27일, 인류가 별을 관측한 이래로 가장 밝은 빛을 낸 대폭발 현상이 관측되었다. 이 폭발은 우리 은하 반대편에 있는 궁수자리(Sagittarius)에 위치한 ‘SGR 1806-20’에서 발생한 것으로 태양이 10만년 동안 방출한 양보다 더 많은 에너지를 단 0.1초 사이에 내뿜을 정도로 강력한 폭발이었다.

‘SGR 1806-20’은 지구에서부터 약 5만 광년 떨어진 ‘중성자 별(Neutron Star)’로, 그 크기는 직경 24km 정도로 매우 작지만 태양이 가진 질량에 비해 수십 배나 더 무겁다.

‘SGR(Soft Gamma Repeaters)’이란 저에너지 감마선의 섬광을 반복해서 방출하는 특이한 별을 말한다. 초신성 폭발보다 훨씬 강력한 에너지를 내는 이 별의 물리적 특성은 오랫동안 수수께끼의 하나였다. 그러다가 1992년, “SGR은 강한 자기력에 의해 에너지를 공급 받는 중성자별(Magnetar)”이라는 가설이 발표되면서 그 비밀이 서서히 밝혀지기 시작했다.

감마선 폭발은 지금부터 약 30년 전인 1969년부터 아주 우연하게 알려지기 시작했다. 미국은 소련의 핵실험금지조약 이행을 감시하기 위해 감마선 측정위성인 ‘벨라(Vela)’를 쏘아 올려 감마선을 측정하던 중 지상에서 핵폭발 실험을 했을 때 나오는 감마선이 아닌 우주로부터 오는 강력한 감마선을 측정하게 되었다. 이 예기치 않은 현상에 대해 많은 과학자들이 규명하고자 했지만 당시 기술로는 역부족이었다.

이후 1991년 ‘미 항공우주국(NASA)’은 감마선 폭발을 규명하기 위해 감마선 우주 망원경인 ‘컴프턴(Compton)’을 쏘아 올려 연구에 본격 돌입했다. 이때 나온 자료에 따르면, 감마선 폭발은 우주 전역에서 거의 매일 하루에 한 건 이상 발생하고 있으며, 폭발 거리를 보면 수만 광년에서부터 멀게는 수십억 광년 이상의 우주적인 거리에서 일어나고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 이때 발생하는 에너지는 보통 태양이 100억 년 동안 내놓는 것보다 훨씬 더 많은 양이면서도 아주 짧은 시간 동안 방출된다는 것이다.

이처럼 강력한 에너지를 내는 폭발이지만 감마선 폭발에 대해 알려진 것은 그리 많지 않다.

감마선 폭발은 우주전역에 걸쳐서 일어날 뿐만 아니라 폭발이 일어나는 원인, 그리고 다음 폭발이 어디서 일어날지 파악이 되지 않아 지속적인 관측이 어려워 현재 천체물리학의 가장 큰 수수께끼 중 하나로 꼽히고 있다.

하지만 최근 천체물리학자들은 감마선 폭발의 원인이 중성자별이나 블랙홀의 ‘극초신성(Hypernova)’폭발과 관련이 있다고 추측하고 있다. ‘초신성’이란 태양보다 8배 이상 무거운 별이 진화의 마지막 단계에서 자신의 에너지와 물질을 일시에 내뿜는 별을 말하는데, 이 에너지를 일시에 내뿜을 때 초신성 폭발이 일어난다. 이렇게 초신성 폭발이 일어난 별은 그 이후 중성자별이나 블랙홀을 남기게 된다. 이렇게 남은 중성자별 이나 블랙홀은 더욱 수축하거나 고속 회전하면서 극초신성 폭발을 일으키게 된다.

감마선 폭발의 원인으로 알려져 있는 극초신성은 앞서 설명한 초신성 보다 수십 배의 에너지를 방출하기 때문에 그야말로 우주 최대의 폭발 현상이라고 할 수 있다.

그럼 만약 감마선 폭발이 지구와 비교적 가까운 거리에서 일어나게 된다면 어떻게 될까?

미국 캔자스대 천문학자인 에이드리언 멜롯 박사는 4억5천만 년 전 지구에 존재하던 해양생물 중 60%가 갑작스럽게 멸종한 사건인 ‘오르도비스기 대멸종’이 바로 감마선 폭발 때문이라고 주장하고 있다.

멜롯 박사는 감마선 폭발로 발생한 감마선이 지구의 성층권에 있는 오존을 파괴한 결과, 태양으로부터 나온 자외선이 성층권에서 걸러지지 못하고 바로 지표면으로 쏟아져 생명체를 멸종시켰다는 것이다.

멜롯 박사의 주장은 고대 생물의 멸종을 설명하는 하나의 주장에 불과하지만, 실제로 이번에 관측된 ‘SGR 1806-20’의 폭발이 지구로부터 10광년 이내에서 발생했다면 전지구적인 위협이 되었을지도 모른다.

무거운 별의 최후는 폭발이라는 면에서는 극초신성과 초신성이 같다고 볼 수 있지만, 폭발에 이르는 메커니즘은 서로 다른 것으로 알려져 있다. 게다가 감마선 폭발을 일으키는 극초신성은 아직 베일에 쌓인 수수께끼로 남아 있다.

알면 알수록 점점 더 신비로 가득찬 우주가 언제쯤 배일을 벗고 우리에게 참모습을 보여 줄 것인지 자못 기대가 된다. (과학향기 편집부)

출처 : KISTI의 과학향기