기초과학

초장 감마선 폭발 잔광의 X선 열방사 기원 규명

발행일 : 2019 / 06 / 26

최근 윈난천문대 류제잉(劉傑英)/마오지룽(毛基榮) 연구원은 초장 감마선 폭발원—GRB 130925A 잔광의 X선 열방사 기원에 대한 이론적 해석을 통해 해당 폭발원의 10keV 이상 열 X선 방사는 금속이 풍부한 먼지 항성풍의 열 제동방사 과정에서 기원한다고 추정했다. 관련 연구 성과는 “The Astrophysical Journal”에 온라인으로 게재되었다.

감마선 폭발은 우주에서 가장 강렬한 폭발 현상으로서 그 방사 지속 시간은 수 밀리초에서 수천 초까지 다양하다. 일반적으로 폭발 단계의 방사를 순간 방사라고 부르고 폭발 완료 후 X선, 광학, 전파 등 낮은 에너지 영역의 지속적 장시간 방사를 잔광이라 부른다. X선 잔광 단계의 방사 스펙트럼은 흔히 비열적 멱법칙 분포를 나타내며 상대론적 전자의 싱크로트론 가속방사에서 비롯된다. 최근 일부 X선 잔광 관측에서 열 성분이 발견되었다. 광학두께의 흑체방사가 해당 열 성분의 정합에 사용될 수 있지만 잔광에서 광학두께의 상황이 발생하기는 어렵다.

연구팀은 제동방사(bremsstrahlung)를 이용한 GRB 130925A에 대한 X선 열 성분 이론적 분석을 통해 해당 과정은 초장 폭발이라고 주장했다. 제1차 폭발주기는 약 900초 지속되며 두 번째 폭발주기는 2,000~3,000초에 달한 것으로 나타났다. 기존의 연구는 해당 폭발원의 선조별(progenitor star)이 청색 초거성 또는 적색 초거성이라고 주장하는데 이는 잔광 방사가 매우 큰 화구반경(radius of fireball)에서 발생함을 의미한다. 이외, 해당 폭발원의 숙주은하(host galaxies)는 소광이 심하며 높은 금속 존재비 특성을 보유한다. 이러한 환경은 풍부한 전리입자(ionizing particle)를 제공할 수 있다.

해당 폭발원 폭발 1.8일 후의 두 그룹 X선 방사 데이터 분석을 통해 연구팀은 충격파가 폭발원 중심으로부터 일정 거리 떨어진 항성풍 물질을 통과시 물질의 온도 상승 및 입자의 효과적인 전리를 초래하며 제동방사 냉각 평형을 거쳐 잔광 단계의 X선 방사가 발생한 것으로 추정했다. 이외, 방사 스펙트럼 비교를 통해 주변 항성풍의 수 밀도(number density) 및 전자 온도를 확정했다. 해당 연구는 유사 X선망원경으로 초장폭발을 관측하는 방법을 통해 감마선 폭발 선조별의 물리적 과정 및 그 주변 환경을 완전하게 정립할 수 있음을 시사한다.