NASA 천문학자들은 ‘우연한 발견’에서 우리 은하 외부로부터 고에너지 ‘신호’를 감지했다.
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빨간색 선이 통과하는 두 개의 보라색 동심원입니다.
이 예술가의 컨셉은 더 많은 고에너지 감마선이 도착하는 방향을 나타내는 자홍색 원과 함께 하늘 전체를 감마선으로 보여줍니다. (제공: NASA의 고다드 우주 비행 센터)
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천문학자들은 NASA의 페르미 감마선 우주 망원경에서 13년간의 데이터를 분석한 후 우리 은하 외부에서 놀라운 빛 “신호”를 발견했습니다.

키 포인트:
우리 은하 외부에서 발견되는 고에너지 폭발의 근원은 알려져 있지 않습니다.
NASA 천문학자들은 강력한 감마선 망원경의 데이터를 분석한 후 이를 발견했습니다.
그들은 원래 “초기 우주”를 이해하는 데 도움이 될 수 있는 특징을 찾고 있었습니다.
강력한 망원경은 폭발하는 별이나 핵폭발과 같은 폭력적인 사건으로 인해 생성되는 극도로 높은 에너지의 빛인 감마선을 감지합니다.

메릴랜드 대학교와 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터의 우주학자인 알렉산더 카슬린스키(Alexander Kashlinsky)는 이번 주 미국 천문 학회 회의에서 천문대에서 예상치 못한 발견을 발표했습니다.

그는 뉴올리언스에서 열린 행사에서 “이것은 완전히 우연한 발견이다”라고 말했다.

“우리는 우리가 찾고 있던 신호보다 하늘의 다른 부분에서 훨씬 더 강한 신호를 발견했습니다.”

감마선 신호는 지금까지 발견된 가장 강력한 우주 입자 중 일부에 의해 생성된 또 다른 설명할 수 없는 특징과 유사한 방향에서 흥미롭게도 발견되었습니다.

이 발견을 설명하는 연구 논문은 수요일 The Asphysical Journal Letters에 게재되었습니다.

‘초기 우주’를 이해하기 위한 탐구
연구팀은 원래 우주에서 가장 오래된 것으로 알려진 빛인 우주 마이크로파 배경(CMB)과 관련된 감마선 특징을 찾고 있었습니다.

과학자들은 CMB가 빅뱅 이후 최초의 원자를 형성할 만큼 뜨겁고 팽창하는 우주가 냉각되었을 때의 유물이라고 말합니다.

이후의 빛의 폭발은 130억년에 걸친 우주의 팽창으로 인해 늘어났으며 1965년에 희미한 마이크로파 형태로 처음으로 감지되었습니다.

우주를 공전하는 망원경의 그림입니다.
사진에 나온 NASA의 페르미 감마선 우주 망원경은 지구 궤도를 돌면서 3시간마다 하늘 전체를 스캔합니다. (제공: NASA의 고다드 우주 비행 센터)
1970년대 천문학자들은 CMB가 “쌍극자” 구조를 가지고 있다는 것을 발견했습니다. 즉, 온도 편차가 반대 방향으로 있는 두 끝이 있다는 의미입니다.

CMB는 사자자리 쪽으로는 평균보다 더 많은 마이크로파로 눈에 띄게 더 뜨겁고, 반대 방향에서는 평균보다 더 적은 마이크로파로 같은 양만큼 더 차가운 것으로 밝혀졌습니다.

과학자들은 일반적으로 이 쌍극자 패턴을 CMB에 대한 우리 태양계의 움직임의 결과로 간주합니다.

그러나 연구팀은 유사한 패턴에 대해 감마선과 같은 다른 형태의 빛을 연구함으로써 그 아이디어를 확인하거나 도전하기를 희망했습니다.

공동저자인 스페인 살라망카대학교 이론물리학 교수인 페르난도 아트리오-바란델라(Fernando Atrio-Barandela)는 이러한 측정이 중요하다고 말했다.

“CMB 쌍극자의 크기와 방향에 대한 불일치는 우리에게 아주 초기 우주에서 작동하는 물리적 과정을 엿볼 수 있게 해 줄 수 있으며, 잠재적으로 1조분의 1초도 채 되지 않았을 때로 거슬러 올라갑니다.”라고 그는 말했습니다.

연구팀은 NASA의 페르미 대면적 망원경(Fermi Large Area Telescope)에서 13년간 수집한 감마선 데이터를 결합하여 우주 감마선 배경을 분석했습니다.

워싱턴과 고다드에 있는 미국 가톨릭 대학교의 천체물리학자인 공동 저자 크리스 슈레이더(Chris Shrader)는 연구원들이 감마선 쌍극자를 발견했지만 그 정점은 CMB에서 멀리 떨어진 남쪽 하늘에 있다고 말했습니다.

“그 크기는 우리가 움직임에서 기대하는 것보다 10배 더 큽니다.”라고 그는 말했습니다.

“우리가 찾고 있던 것은 아니지만, 가장 높은 에너지의 우주선에 대해 보고된 유사한 특징과 관련이 있을 수 있다고 의심됩니다.”

이와 유사한 특징은 2017년 아르헨티나의 피에르 오제 천문대에서 처음 관찰되었습니다.

천문대는 감마선 피크와 유사한 위치와 크기에서 초고에너지 우주선의 쌍극자 피크를 발견했습니다.

연구자들은 두 현상이 연관되어 있으며 감마선과 초고에너지 입자를 모두 생성하는 미확인 소스가 있다고 의심합니다.

이 우주의 수수께끼를 해결하기 위해 천문학자들은 이러한 신비한 근원을 찾거나 두 특징에 대한 대안적인 설명을 제안해야 합니다.

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NASA astronomers detect high-energy ‘signal’ from outside our galaxy in ‘serendipitous discovery’

Posted 18h ago18 hours ago, updated 5h ago5 hours ago

abc.net.au/news/nasa-astronomers-find-surprising-gamma-ray-signal-outside-galaxy/103315776Copy link

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Astronomers have discovered a surprising light “signal” from outside of our galaxy after analysing 13 years of data from NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope.

Key points:

• The source of a high-energy burst of light found outside our galaxy is unknown
• NASA astronomers detected it after analysing data from a powerful gamma ray telescope
• They were originally searching for a feature that could help us understand the “early universe” 

The powerful telescope detects gamma rays, which are extremely high-energy bursts of light created by violent events like exploding stars and nuclear blasts.

Alexander Kashlinsky — a cosmologist at the University of Maryland and NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt — presented an unexpected finding from the observatory at this week’s meeting of the American Astronomical Society.

“It is a completely serendipitous discovery,” he said at the event in New Orleans.

“We found a much stronger signal, and in a different part of the sky, than the one we were looking for.”

The gamma-ray signal was intriguingly found in a similar direction as another unexplained feature produced by some of the most energetic cosmic particles ever detected.

A research paper describing the discovery was published in The Astrophysical Journal Letters on Wednesday.

A quest to understand the ‘early universe’

The research team was originally searching for a gamma-ray feature related to the cosmic microwave background (CMB), which is the oldest known light in the universe. 

Scientists say the CMB is a relic from when the hot, expanding universe had cooled enough to form the first atoms after the Big Bang.

The subsequent burst of light was stretched by the expansion of the universe over 13 billion years and was first detected in the form of faint microwaves in 1965.

Astronomers in the 1970s discovered the CMB had a “dipole” structure, meaning it has two ends with temperature deviations in opposite directions.

The CMB was found to be sightly hotter with more microwaves than average toward the constellation Leo, and colder by the same amount with fewer microwaves than average in the opposite direction.

Scientists generally regard this dipole pattern as a result of the movement of our solar system relative to the CMB.

But the research team hoped to confirm or challenge that idea by studying other forms of light, such as gamma rays, for a similar pattern.

Co-author Fernando Atrio-Barandela, a professor of theoretical physics at the University of Salamanca in Spain, said such a measurement is important.

“A disagreement with the size and direction of the CMB dipole could provide us with a glimpse into physical processes operating in the very early universe, potentially back to when it was less than a trillionth of a second old,” he said.

The team combined 13 years of gamma ray data from NASA’s Fermi Large Area Telescope to analyse the cosmic gamma ray background.

Co-author Chris Shrader — who is an astrophysicist at the Catholic University of America in Washington and Goddard — said the researchers found a gamma ray dipole, but its peak was located in the southern sky, far from the CMB’s.

“Its magnitude is 10 times greater than what we would expect from our motion,” he said.

“While it is not what we were looking for, we suspect it may be related to a similar feature reported for the highest-energy cosmic rays.”

This similar feature was first observed by the Pierre Auger Observatory in Argentina in 2017.

The observatory discovered a dipole peak of ultra high-energy cosmic rays in a similar location and magnitude to the gamma ray peak.

The researchers suspect the two phenomena are linked and that there is an unidentified source producing both the gamma rays and the ultra high-energy particles. 

To solve this cosmic conundrum, astronomers must either locate these mysterious sources or propose alternative explanations for both features.

Posted 18h ago18 hours ago, updated 5h ago