0. 목차
- 감마선 폭발의 원인은 '극초신성 폭발'
- 감마선 폭발의 메커니즘
- 짧은 감마선 폭발의 정체
- 아주 먼 곳에서 일어난 감마선 폭발이 관측되었다 .
- 감마선 폭발로 초기 우주를 탐구한다.
- 감마선 폭발이 지구에 타격을 가할 가능성
1. 감마선 폭발의 원인은 '극초신성 폭발'
1967년에 높은 에너지의 감마선이 우주에서 짧은 시간에 대량으로 쏟아져 내리는 현상이 발견되었다. '감마선 폭발(Gamma Ray Burst)'이라고 불리는 이 현상은 짧은 시간 만에 사라져서, 그 정체가 오랫동안 베일에 싸여있었다. 그러다 1997년에 발사된 이탈리아와 네덜란드의 관측 위성 '베포 삭스(Beppo SAX)'와 2000년에 발사된 일본·미국·프랑스의 소형 위성 '헤테-2(HETE-2)' 등의 활약에 의해 그 정체가 서서히 밝혀졌다.
우선 '감마선 폭발'의 발생원이 매우 먼 곳에 있다는 사실이 알려졌으며, 원래의 폭발 현상이 지닌 에너지가 엄청나게 크다는 사실도 판명되었다. 그리고 '감마선 폭발'의 원인이 '초신성 폭발(Supernova Explosion)' 중에서도 일반적인 경우보다 에너지 규모가 한 자릿수 정도 큰 '극초신성 폭발(Hypernova Explosion)'이라는 사실도 확실해지고 있다. '극초신성 폭발'은 태양 질량의 약 30배 이상 되는 항성의 최후에 일어나며, 그 후에는 '거대 질량 블랙홀'이 남는다고 생각된다.
2. 감마선 폭발의 메커니즘
현재 생각되는 '감마선 폭발'의 메커니즘은 다음과 같다. 우선 극초신성 폭발 때, 맹렬한 기세로 분출한 제트가 단속적으로 방출된다. 그리고 나중에 나온 빠른 덩어리가 앞서 나온 상당히 느린 덩어리와 격렬하게 충돌함으로써 대량의 감마선이 방출된다는 것이다. '감마선 폭발'은 거대질량의 별이 죽음 직전에 내는 최후의 외침과 같은 것이었다.
3. '짧은 감마선 폭발'의 정체
한편, 감마선의 지속 시간이 더욱 짧은 '짧은 감마선 폭발(Short Gamma Ray Burst)'이라는 현상도 있다. 2004년에 발사된 NASA의 위성 '스위프트(Swift)'에 의해, 약 300만 광년 떨어진 곳에서, 타원 은하 주변부를 발생원으로 하는 '짧은 감마선 폭발'이 포착되었다. 그러면 '짧은 감마선 폭발'의 정체는 무엇일까?
일반적으로 타원 은하는 매우 오래된 은하이기 때문에 대질량별은 이미 없고, 극초신성 폭발은 거의 일어나지 않는다. 그래서 '짧은 감마선 폭발'은 '중성자별 쌍성' 또는 '중성자별과 블랙홀의 쌍성'이 충돌해 발생한다는 설이 유력하다. 하지만 아직 '짧은 감마선 폭발'의 가설에 대해서는 직접적인 증거가 없다. '마그네타(Magnetar: 초강력 자기 마당 중성자별)'이라는 천체의 플레어 폭발이라는 설 등도 있어, 아직 결론은 나지 않은 상태이다.
4. 아주 먼 곳에서 일어난 감마선 폭발이 관측되었다 .
현재는 대부분의 감마선 폭발이 우리은하 바깥의 아득히 먼 곳에서 일어난다는 사실이 잘 알려져 있다. 하지만 1990년대 초까지만 해도 대부분의 연구자들은 멀리 떨어진 우주 기원설은 있을 수 없는 일이라고 생각하고 있었다. 당시 대부분의 연구자은 태양계의 바로 곁이나 우리 은하의 안, 또는 그 주변에 감마선 폭발의 발생원이 있다고 생각했다. 하지만 2005년에 NASA의 위성 '스위프트(Swift)'에 의해 이러한 생각이 무너지는 관측이 이루어졌다.
5. '감마선 폭발'로 초기 우주를 탐구한다.
'스위프트(Swift)'가 2005년 9월 4일에 관측한 '감마선 폭발'은 우주를 찾는 도구로 사용될 가능성을 시사한 것이었다. '스위프트(Swift)'에 포착된 '감마선 폭발'의 잔광을 스바루 망원경이 관측하자, 무려 128억 광년이나 떨어진 곳에서 왔음이 밝혀졌다. 우주 탄생이 138억 년 전이므로 우주 탄생에서 10억 년밖에 지나지 않은 시점이다. 은하의 탄생 시기는 우주 탄생 뒤 9억 년 뒤 무렵이라고 생각되며, 그 이전에는 은하가 존재하지 않았다. 하지만 은하가 생기기 전에도 항성은 존재했으리라 생각된다. 즉 '초신성 폭발(거대 질량별의 죽음)'이 '감마선 폭발'의 기원이라면, '감마선 폭발'은 제1세대 별의 죽음을 보여주는 빛일지도 모른다. 제1세대 별의 탄생은 우주 탄생에서부터 2억~3억 년 뒤 무렵이라고 생각되고 있다.
그리고 '감마선 폭발'에서 나오는 빛은 우주 공간의 다양한 물질과 상호 작용에 지구까지 이르는데, 이 빛을 자세히 분석하면 빛이 더듬어 온 길의 어느 곳에 어떤 물질이 어느 정도 존재하는지 정보를 얻을 수 있다. 천문 관측에서는 멀리 떨어져 있을수록 과거에 해당하므로, '감마선 폭발'의 관측에 의해 우주의 원소 양이 어떻게 변화해 왔는지를 알 수 있는 셈이다. 또 우주 초기의 팽창 메커니즘에 대해서도 귀중한 정보를 가져다줄 것으로 보인다.
6. '감마선 폭발'이 지구에 타격을 가할 가능성
감마선 폭발은 멀리 떨어져 있는 우주만의 현상은 아니다. 우리 은하 안에서도 충분히 '감마선 폭발'이 일어날 가능성이 있다. 지금까지의 관측으로 추측해 보면 우리 은하 안에서도 10만 년에 1회 정도, 지구에서 3000광년 이내로 한정하더라도 수백만 년에 1회 정도 발생할 수 있다고 한다. 지구로부터 3000광년 이내에서 감마선 폭발이 일어날 경우, 지상의 생명은 괴멸적인 피해를 입을 가능성이 있다. 감마선 폭발은 행성을 초토화시킬 뿐만 아니라, 그곳에 사는 생명체의 씨를 말려버릴 가능성이 높다.
감마선은 지구의 대기에 흡수되기 때문에 직접 지표에 이르지는 않는다. 하지만 대기 물질과 감마선의 반응에 의해 생태계에 커다란 타격을 가할 수 있는 현상이 일어날 수 있다고 생각된다. 우선 감마선의 화학 반응에 의해 질소 산화물이 생성되는데, 이것이 오존층을 파괴해 버린다. 그리고 그 이후 수십 년에 걸쳐 지표는 태양의 자외선에 직접 노출될 것이다. 그러면 지구의 표면온도가 상승하면서 대형화제로 인한 '선풍(Sensation)'이 지구 전체를 삼켜버릴 것이다.
질소 산화물에서 여러 반응을 거쳐 만들어지는 '질산(HNO3)'은 산성비의 원인이 되기도 한다. 또 에너지가 높은 감마선은 대기 중에서 원자핵 반응에 의해 방사성 물질을 만들어낼 가능성도 있다. 게다가 감마선 폭발의 충격파가 지구를 덮치면 대규모의 지진과 폭풍을 일으킬 수 있다. 어쩌면 지구상에서 과거에 몇 차례 일어난 생물의 대멸종 사태 가운데는, 가까운 곳에서 일어나 '감마선 폭발'이 원인인 것이 있을지도 모른다.
또 감마선 폭발과 함께 나타나는 'X-선 펄스'는 전자기 펄스를 생성하고, 이것은 지구에 존재한는 모든 전자장비들을 먹통으로 만들 것이다.