원자력/우주항공

후이옌 위성, 최신 연구 성과 발표

발행일 : 2019 / 10 / 29

중국과학원 고에너지물리연구소 하드 X-선 변조망원경(Hard X-ray Modulation Telescope, “후이옌(慧眼)”이라고도 함) 연구팀은 “후이옌” 최신 연구 성과를 발표했다.

발표에 의하면 연구팀은 기존에 본적 없는 새로운 현상을 발견했고 기존의 이론 모형을 뒤집었거나 또는 검증했으며 또한 블랙홀과 중성자별 시스템연구를 위한 새로운 단서를 제공했다.

X-선 쌍성은 블랙홀 또는 중성자별이 일반 항성과 구성된 쌍성 시스템이다. 일반 항성의 물질은 강한 중력의 작용에 의해 블랙홀 또는 중성자별에 빠져 블랙홀과 중성자별을 둘러싸고 고속 회전하는 강착원반을 형성함과 아울러 강렬한 X-선 복사를 방출한다. X-선 쌍성의 신속한 라이트 체인지와 에너지 스펙트럼은 강중력장, 강자기장 및 물질의 강중력장과 강자기장에서의 역학적 과정과 복사 과정을 연구하는 주요 탐침이다.

물질이 회전하면서 블랙홀과 중성자별에 빠지는 과정에서 마찰 등으로 온도가 점차적으로 높아지고 복사된 광자의 에너지도 점차 높아지며 블랙홀과 중성자별과 아주 가까운 곳에서 대량의 광속 운동에 접근한 대전입자가 존재할 가능성이 있다. 물질은 심지어 광속에 접근한 속도로 외부로 분출되어 아주 높은 에너지의 광자를 방출할 가능성이 있다.

“후이옌” 위성은 고에너지 X-선 망원경, 중에너지 X-선 망원경 및 저에너지 X-선 망원경 등 3가지 하중과 공간 환경 모니터를 탑재했다. 외국의 X-선 위성과 비교할 경우, “후이옌”은 천체 다중 에너지 X-선 쾌속 광변을 연구하는 독특한 능력을 보유하여 지금까지 블랙홀 또는 중성자별 구역에 가장 접근한 물질 운동과 복사 과정을 연구할 수 있고 블랙홀과 중성자별 시스템 연구를 위한 새로운 창을 열었다.

“후이옌”은 2017년 6월 15일에 주취안(酒泉)위성발사기지에서 발사된 후 2년 넘게 궤도에서 운행 중이다. 1,000여차의 다양한 관측을 수행하였고 29Tb의 과학 데이터를 획득했으며 중성자별 병합과 중력파 전자기 대응체를 성공적으로 검측하고 펄서 항법실험을 완성했다.

“후이옌” 위성은 블랙홀 시스템에서 지금까지 가장 높은 에너지의 준주기적 진동 현상을 발견하여 블랙홀 시스템 연구의 새로운 창을 열었다. 블랙홀과 중성자별 근처의 물질이 방출한 고에너지 X선에서 강도의 준주기적 변화가 존재한다는 것을 발견하였는데 이는 기존의 모든 천문망원경이 발견하지 못한 현상이다.

또한, 중성자별 X-선 쌍별 시스템에서 지금까지 가장 높은 에너지의 킬로헤르츠 준주기적 진동을 발견했다. 이는 오랫동안 인정 받아온 킬로헤르츠 준주기적 진동 기원 모델이 새로운 도전에 직면했다.

“후이옌” 위성은 최초로 중성자별 X-선 쌍별의 흐름 세기가 특정값에 달할 때의 강착원반 상태의 갑작스러운 변화를 관측하여 제안된지 반세기에 달하는 복사압이 강착원반 구조의 갑작스러운 변화를 초래한다는 이론을 검증했다. 또한, 최초로 중성자별 표면의 단일 열핵 폭발의 X-선광자 “소나기”가 온도가 수억도에 달하는 고온 전자 코로나에 대한 냉각 현상을 관측하여 고온 전자 코로나의 복사와 형성메커니즘 연구를 위한 독보적인 탐침을 제공하고 단일 열핵 폭발에서 열핵 폭발과 강착원반의 상호 작용을 관측했으며 강착원반의 내부 반경을 제한하기 위한 새로운 방법을 제공했다. 유명한 중성자별 X-선 쌍별 헤라클레스 X-1의 사이클로트론 흡수선에너지가 더 감소하지 않는다는 것을 확인하여 중성자별의 특성 파악에 새로운 관측 근거를 제공했다.

“후이옌” 위성은 중국의 첫번째 X-선 천문 위성으로 중국민간우주과학연구비와 중국과학원 우주과학선도프로젝트에서 공동 지원한다. 중국과학원 고에너지물리연구소에서 유효 하중, 지상 응용 시스템 및 과학연구를 책임지고 항천과기그룹 제5연구원에서 위성 총체를 책임졌으며 칭화대학교가 위성 유효 하중과 지상 응용 시스템 공동 개발자로 참여했고 중국과학원 우주과학센터, 베이징사범대학교 등이 위성 공정에 참여했다. 또한, 독일 튀빙겐대학교 등 해외 기관도 “후이옌” 위성의 과학연구에 참여하여 중요한 기여를 했다.

2018년 초에 중국과학원 우주과학센터는 증강형 X-선 타이밍 및 편광 측정 우주천문대(eXTP, enhanced X-ray Timing and Polarimetry Mission) 프로젝트를 가동했다. 이는 “후이옌” 위성의 후계자로 간주되고 있다. eXTP위성 프로젝트는 이미 방안 설계 단계에 진입하였고 중국과학원 우주과학선도프로젝트의 4.3억 위안의 연구비용을 지원받았다. eXTP는 “후이옌”보다 더 큰 국제합작 프로젝트로서 위성 규모가 더 크다.