감마선 폭발로 지구의 대기가 바뀌었다.
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-11-16 19:37:47
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20억 광년 떨어진 곳에서 폭발이 전리층에 영향
우리 태양계 바로 근처에 있는 초신성은 지구상의 생명체에 극적인 결과를 가져올 수 있다. 그러한 별 폭발로 인한 고에너지 방사선은 오존층을 파괴하고 기후를 변화시키며 대량 멸종을 초래할 수 있다. 초신성은 우리에게 150광년보다 더 가까웠음에 틀림없다. 연구 결과에 따르면 대기와 생활 환경에 대한 주요 혼란은 아마도 최대 약 300광년 떨어진 곳에서도 발생할 수 있을 것으로 예상된다.
기록적인 감마선 폭발
그러나 이제 밝혀진 바에 따르면, 훨씬 더 먼 곳에서 일어나는 폭발도 지구 대기에 측정 가능한 영향을 미칠 수 있다. 이는 2022년 10월 9일 지구를 강타한 감마선 폭발로 입증되었다. GRB 221009A는 약 13분 동안만 지속됐지만 고에너지 방사선이 너무 강해서 전 세계적으로 감지기가 과포화되었다. "이것은 아마도 우리가 지금까지 감지한 것 중 가장 밝은 감마선 폭발이었을 것이다"고 Aquila 대학의 주저자 Mirko Piersanti가 말했다.
추가 분석에 따르면 이 감마선 폭발은 20억 광년 떨어진 은하에서 발생한 것으로 나타났다. 그러나 우주 폭발에서 나온 광선의 원뿔이 태양계를 직접 향하고 있었기 때문에 지구에 도달했을 때에도 여전히 비정상적으로 에너지가 넘쳤다. 하지만 이번 기록적인 폭발의 원인은 아직까지 밝혀지지 않았다.
전리층에서 단서를 찾다.
그러나 피에르산티(Piersanti)와 그의 팀은 완전히 다른 훨씬 더 지상적인 질문을 조사했다. 그들은 GRB 221009A가 기원으로부터 엄청난 거리에도 불구하고 지구 대기, 특히 전리층에 영향을 미치는지를 조사했다. 고도 50~950km에 위치한 이 층은 하전 입자를 특징으로 하며 위성 및 무선 통신에서도 중요한 역할을 한다. 전리층의 밀도는 무엇보다도 GPS 신호의 전송 시간에 영향을 미치며 지상파의 반사판 역할을 한다.
이러한 효과는 오랫동안 의심되어 왔지만 아직 명확하게 입증되지 않았다. 아마도 과거의 발발이 충분히 강력하지 않았기 때문일 것이다. 팀은 다양한 위성과 유럽 통합 우주 망원경의 데이터를 평가했다.
이온화의 급격한 증가
실제로 “GRB 221009A는 지구의 전리층 전도도에 심각한 영향을 미쳤다”고 천문학자들은 보고했다. "이 사건은 낮은 전리층과 고도 약 500km 모두에서 강한 교란을 일으켰다." 특히 고에너지 방사선의 유입으로 인해 이온화된 입자가 급격히 증가하여 대기층의 전기장에 강한 변화가 발생했다.
"놀라운 점은 이 교란이 지구 표면에서 불과 수십 킬로미터 떨어진 전리층의 가장 낮은 층에도 영향을 미쳤다는 것이다"고 이번 연구에 참여하지 않은 유럽 우주국(ESA)의 물리학자 Laura Hayes는 말했다. "이 폭발은 태양에서 강한 방사선이 폭발하는 것과 비슷한 교란을 남겼다." 그러나 이러한 태양 플레어는 지구까지 약 8광분(light-minute; 빛이 1분간에 나아가는 거리)만 이동하는 반면, GRB 221009A의 방사선은 우리에게 20억 광년을 이동했다.
먼 우주 사건조차도 결과를 초래할 수 있다.
천문학자들에 따르면, 이는 먼 우주 사건조차도 지구에 영향을 미칠 수 있음을 확인시켜 준다. “우리 은하계에서 감마선 폭발이 가져올 수 있는 결과에 대해 큰 논쟁이 벌어지고 있다”고 Piersanti는 말했다. GRB 221009A의 효과는 그러한 폭발이 은하수 반대쪽 끝에서 발생하더라도 지구 대기에 강력한 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 최악의 경우 전리층뿐만 아니라 자외선 차단에 중요한 오존층도 영향을 받는다.
적어도 위안이 되는 것은, 천문학자들의 추정에 따르면, 2022년 10월 사건의 강도를 지닌 감마선 폭발은 약 1만 년에 한 번만 발생한다는 것이다. 훨씬 더 가깝고 더 강력한 우주 폭발은 단지 수백만 년마다 발생한다.
(nature communications, 2023; doi: 10.1038/s41467-023-42551-5)
출처: Nature Communications, European Space Agency
20억 광년 떨어진 곳에서 폭발이 전리층에 영향
감마선 폭발로 지구의 대기가 바뀌었다.
20억 광년 떨어진 곳에서 폭발이 전리층에 영향을 미쳤다.
안전한 거리 없음:
천문학자들이 발견한 것처럼 20억 광년 떨어진 곳에서 우주 폭발이 일어나더라도 지구 대기에 측정 가능한 영향을 미칠 수 있다. 2022년 10월 감마선 폭발 GRB 221009A가 지구를 강타했을 때, 이는 지금까지 감지된 사건 중 가장 밝은 사건이었을 뿐만 아니라, 사건의 엄청난 거리에도 불구하고 지구의 전리층에 측정 가능한 변화를 일으켰다. 이는 훨씬 더 멀리 떨어진 초신성과 기타 우주 폭발이 지구에 영향을 미칠 수 있음을 보여준다.
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| ▲ 2022년 10월, 지금까지 감지된 것 중 가장 강력한 감마선 폭발 중 하나가 지구를 강타했으며, 이는 지구의 전리층에 영향을 미쳤다. © ESA/ATG 유럽, CC-by-sa 3.0 IGO |
우리 태양계 바로 근처에 있는 초신성은 지구상의 생명체에 극적인 결과를 가져올 수 있다. 그러한 별 폭발로 인한 고에너지 방사선은 오존층을 파괴하고 기후를 변화시키며 대량 멸종을 초래할 수 있다. 초신성은 우리에게 150광년보다 더 가까웠음에 틀림없다. 연구 결과에 따르면 대기와 생활 환경에 대한 주요 혼란은 아마도 최대 약 300광년 떨어진 곳에서도 발생할 수 있을 것으로 예상된다.
기록적인 감마선 폭발
그러나 이제 밝혀진 바에 따르면, 훨씬 더 먼 곳에서 일어나는 폭발도 지구 대기에 측정 가능한 영향을 미칠 수 있다. 이는 2022년 10월 9일 지구를 강타한 감마선 폭발로 입증되었다. GRB 221009A는 약 13분 동안만 지속됐지만 고에너지 방사선이 너무 강해서 전 세계적으로 감지기가 과포화되었다. "이것은 아마도 우리가 지금까지 감지한 것 중 가장 밝은 감마선 폭발이었을 것이다"고 Aquila 대학의 주저자 Mirko Piersanti가 말했다.
추가 분석에 따르면 이 감마선 폭발은 20억 광년 떨어진 은하에서 발생한 것으로 나타났다. 그러나 우주 폭발에서 나온 광선의 원뿔이 태양계를 직접 향하고 있었기 때문에 지구에 도달했을 때에도 여전히 비정상적으로 에너지가 넘쳤다. 하지만 이번 기록적인 폭발의 원인은 아직까지 밝혀지지 않았다.
전리층에서 단서를 찾다.
그러나 피에르산티(Piersanti)와 그의 팀은 완전히 다른 훨씬 더 지상적인 질문을 조사했다. 그들은 GRB 221009A가 기원으로부터 엄청난 거리에도 불구하고 지구 대기, 특히 전리층에 영향을 미치는지를 조사했다. 고도 50~950km에 위치한 이 층은 하전 입자를 특징으로 하며 위성 및 무선 통신에서도 중요한 역할을 한다. 전리층의 밀도는 무엇보다도 GPS 신호의 전송 시간에 영향을 미치며 지상파의 반사판 역할을 한다.
이러한 효과는 오랫동안 의심되어 왔지만 아직 명확하게 입증되지 않았다. 아마도 과거의 발발이 충분히 강력하지 않았기 때문일 것이다. 팀은 다양한 위성과 유럽 통합 우주 망원경의 데이터를 평가했다.
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| ▲ INTEGRAL에 의해 감지된 GRB221009A의 시간 프로필(배경에 맞게 조정됨) 빨간색 곡선은 75~1000keV의 에너지 범위에서 erg/cm2/s 단위로 표시된 1초 타임빈의 SPI/ACS 카운트 속도를 보여준다. 검은색 곡선은 0.25~2.60 MeV 에너지 범위의 IBIS/PICsIT 데이터를 보여줍니다. 두 광 곡선 간의 차이는 i) 두 에너지 대역 계산의 차이, ii) 통계적 변동(이 경우 저에너지 광자에 대한 부분 차폐 흡수로 인해 IBIS/PICSiT의 민감도가 낮음), iii) 기기에 기인한다. GRB221009A의 매우 강한 광자 플럭스로 인한 포화 및/또는 원격 측정 손실. (출처:관련논문 Evidence of an upper ionospheric electric field perturbation correlated with a gamma ray burst / nature communications) |
이온화의 급격한 증가
실제로 “GRB 221009A는 지구의 전리층 전도도에 심각한 영향을 미쳤다”고 천문학자들은 보고했다. "이 사건은 낮은 전리층과 고도 약 500km 모두에서 강한 교란을 일으켰다." 특히 고에너지 방사선의 유입으로 인해 이온화된 입자가 급격히 증가하여 대기층의 전기장에 강한 변화가 발생했다.
"놀라운 점은 이 교란이 지구 표면에서 불과 수십 킬로미터 떨어진 전리층의 가장 낮은 층에도 영향을 미쳤다는 것이다"고 이번 연구에 참여하지 않은 유럽 우주국(ESA)의 물리학자 Laura Hayes는 말했다. "이 폭발은 태양에서 강한 방사선이 폭발하는 것과 비슷한 교란을 남겼다." 그러나 이러한 태양 플레어는 지구까지 약 8광분(light-minute; 빛이 1분간에 나아가는 거리)만 이동하는 반면, GRB 221009A의 방사선은 우리에게 20억 광년을 이동했다.
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| ▲ 감마선 폭발 전(위)과 도중 유로파 상공의 전리층 전자 밀도. © Piersanti 외./Nature Communications, CC-by 4.0 |
먼 우주 사건조차도 결과를 초래할 수 있다.
천문학자들에 따르면, 이는 먼 우주 사건조차도 지구에 영향을 미칠 수 있음을 확인시켜 준다. “우리 은하계에서 감마선 폭발이 가져올 수 있는 결과에 대해 큰 논쟁이 벌어지고 있다”고 Piersanti는 말했다. GRB 221009A의 효과는 그러한 폭발이 은하수 반대쪽 끝에서 발생하더라도 지구 대기에 강력한 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 최악의 경우 전리층뿐만 아니라 자외선 차단에 중요한 오존층도 영향을 받는다.
적어도 위안이 되는 것은, 천문학자들의 추정에 따르면, 2022년 10월 사건의 강도를 지닌 감마선 폭발은 약 1만 년에 한 번만 발생한다는 것이다. 훨씬 더 가깝고 더 강력한 우주 폭발은 단지 수백만 년마다 발생한다.
(nature communications, 2023; doi: 10.1038/s41467-023-42551-5)
출처: Nature Communications, European Space Agency
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