과학자들이 장대한 우주 폭발에서 숨겨진 신호를 발견하다
프랭크 랜디모어
2024년 8월 3일 토요일 오후 9:30 AEST·3분 읽기

감마 사분면
BOAT라는 별명, 즉 역대 가장 밝은 감마선 폭발은 매우 강력했고, 그로 인해 생성된 데이터가 너무 압도적이어서 거의 2년이 지난 지금도 과학자들의 머리가 그 잔광 속에 맴돌고 있습니다.

그리고 이제 사이언스(Science) 저널에 발표된 연구에서 연구진은 폭발에서 우리가 이전에 본 적이 없는 무언가를 발견했다고 말합니다. 이는 감마선 폭발이 왜 그렇게 강력해 보이는지 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“BOAT가 폭발한 지 몇 분 후 페르미의 감마선 버스트 모니터는 우리의 관심을 끌었던 특이한 에너지 피크를 기록했습니다.”라고 네덜란드 Radboud 대학의 연구 주저자 Maria Edvige Ravasio가 NASA에서 발표했습니다. “처음 그 신호를 봤을 때 소름이 돋았습니다. 이후 우리의 분석에 따르면 GRB를 연구한 50년 만에 처음으로 신뢰도가 높은 방출선인 것으로 나타났습니다.”

제트 세트
BOAT는 2022년 10월에 발견되었는데, 이는 거대한 별이 초신성이 되어 블랙홀로 붕괴한 결과인 것으로 보입니다. 당시 이것은 너무 많은 에너지를 방출하여 NASA의 페르미 감마선 우주 망원경의 눈을 거의 멀게 했습니다.

그러나 이제 연구자들은 GRB의 초기 폭발에서 숨겨진 에너지 최고점을 발견했다고 말합니다. 그것은 약 5분 만에 나타나서 약 40초 동안 지속되었으며, 그 짧은 기간에 약 1,200만 전자 볼트라는 놀라운 에너지 피크에 도달했습니다. 참고로 가시광선의 범위는 2~3전자볼트에 불과합니다.

이 방출에 전력을 공급하는 데 도움이 된 것은 그만큼 놀랍습니다. 연구원의 조사 결과에 따르면 물질과 반물질의 소멸로 인해 생성되었을 가능성이 압도적으로 높습니다.

별의 핵이 블랙홀로 붕괴되면서 외부 물질은 반대 방향으로 발사되는 강력한 제트 또는 입자 흐름과 함께 우주로 날아갔습니다.

이 제트기 중 하나 내부에서 전자와 반물질 전자 또는 양전자가 충돌하여 엄청난 양의 에너지(약 50만 전자 볼트)를 방출했다고 이탈리아 Gran Sasso 과학 연구소의 공동 저자인 Gor Oganesyan이 설명했습니다.

눈부신 빛
제트기가 우리를 향해 직선으로 이동하여 감마선의 주파수가 증가했기 때문에 그 원시 전력은 더욱 증폭되었습니다.

Oganeysan은 “물질이 거의 빛의 속도로 움직이는 제트를 관찰하고 있기 때문에 이 방출은 크게 청색 편이되어 훨씬 더 높은 에너지를 향해 밀려납니다.”라고 설명했습니다.

즉, BOAT는 보이는 것만큼 강력하지 않았습니다. 하지만 감마선 폭발이 여전히 정말 장관이기 때문에 그렇다고 실망하지 마십시오. 그리고 우리는 그것에 대해 매우 좋은 견해를 얻었기 때문에 앞으로도 계속해서 더 많은 통찰력을 얻을 수 있을 것입니다.

NASA 고다드 우주 비행 센터의 페르미 프로젝트 과학자인 엘리자베스 헤이스는 “수십 년 동안 이 놀라운 우주 폭발을 연구한 후에도 우리는 여전히 이 제트기가 어떻게 작동하는지 자세히 이해하지 못하고 있다”고 말했습니다. “이 놀라운 방출선과 같은 단서를 찾는 것은 과학자들이 이 극한 환경을 더 깊이 조사하는 데 도움이 될 것입니다.”

우주에 대한 추가 정보: 암흑 물질 지도를 작성하기 위해 심우주 “숲”을 분석하는 과학자들

Scientists Find Hidden Signal in Epic Cosmic Explosion

Frank Landymore

Sat 3 August 2024 at 9:30 pm AEST·3-min read

Gamma Quadrant

The gamma ray burst nicknamed the BOAT, or brightest of all time, was so powerful — and the data it yielded so overwhelming — that it still has scientists’ heads spinning in its afterglow nearly two years later.

And now, in a study published in the journal Science, a team of researchers say they’ve found something in the explosion that we’ve never seen before, which could help explain why the gamma ray burst appeared to be so powerful.

“A few minutes after the BOAT erupted, Fermi’s Gamma-ray Burst Monitor recorded an unusual energy peak that caught our attention,” said study lead author Maria Edvige Ravasio at Radboud University in the Netherlands, in a NASA release. “When I first saw that signal, it gave me goosebumps. Our analysis since then shows it to be the first high-confidence emission line ever seen in 50 years of studying GRBs.”

Jet Set

The BOAT was detected in October of 2022, the apparent result of a massive star going supernova and collapsing into a black hole. At the time, this released so much energy that it practically blinded NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope.

But now, the researchers say they’ve found a hidden peak of energy in the GRB’s initial burst. It appeared about five minutes in, lasted around 40 seconds, and in that short period reached an astonishing energy peak of around 12 million electron volts. Visible light, for reference, only ranges between two to three electron volts.

What helped power this emission is just as incredible. According to the researcher’s findings, it’s overwhelmingly likely that it was produced by the annihilation of matter and antimatter.

As the star’s core collapsed into a black hole, its outer material was blown out into space, along with powerful jets, or particle streams, that shot in opposite directions.

Inside one of these jets, they believe, an electron and an antimatter electron, or positron, collided, releasing enormous amounts of energy — around half a million electron volts, explained study coauthor Gor Oganesyan at Gran Sasso Science Institute in Italy.

Blinding Lights

That raw power was amplified even further because the jet was traveling straight at us, which increased the frequency of the gamma rays.

“Because we’re looking into the jet, where matter is moving at near light speed, this emission becomes greatly blueshifted and pushed toward much higher energies,” explained Oganeysan.

In other words, the BOAT wasn’t quite as powerful as it appeared. Don’t let that underwhelm you, though, because the gamma ray burst is still absolutely spectacular. And because we got such a good view of it, it’ll continue to yield plenty more insights in the future.

“After decades of studying these incredible cosmic explosions, we still don’t understand the details of how these jets work,” Elizabeth Hays, Fermi project scientist at NASA’s Goddard Space Flight Center, said in the release. “Finding clues like this remarkable emission line will help scientists investigate this extreme environment more deeply.”

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