우주 중성미자의 숨겨진 근원

초거대 블랙홀의 코로나

김태봉 기자

작성 2020.08.08 16:13 수정 2020.08.12 12:27

 

<사진출처 : ANT NEWS >

검출기가 남극의 얼음 깊숙한 곳에 묻혀 있는 IceCube Neutrino Observatory가 관측한 고에너지 우주 중성미자의 기원은 물리학자와 천문학자들에게 수수께끼였다. 이번에 개발된 새로운 모델은 최근의 중성미자와 감마선 데이터로 추론된 이들 중성미자 중 일부의 예상 외로 큰 흐름을 설명하는데 도움이 될 수 있다. 이러한 불가사의한 중성미자의 근원을 활동 은하의 중심부에서 발견된 초거대 블랙홀을 지목한 모델을 개발한 미 펜실베니아 주립대 연구진의 논문이 학술지 Physical Review Letters 2020630일자에 게재되었다.


이 대학 물리학 및 천체물리학과 조교수인 Kohta Murase 교수는 중성미자는 질량이 0에 가까울 정도로 작은 아원자 입자로 다른 물질과 거의 상호작용하지 않는다면서 고에너지 우주 중성미자는 우주의 고에너지 우주선 가속기(cosmic-ray accelerator)에 의해 생성되는데 이 가속기가 블랙홀이나 중성자 별과 같은 극도의 천체물리학적 물체일 수 있다고 밝혔다. IceCube 데이터는 페르미 감마선 우주 망원경이 볼 수 있는 해당 고에너지 감마선 수준과 비교하여 100 TeV 미만의 에너지를 가진 중성미자의 과다 배출을 보이고 있다.


100 TeV 이상의 우주 중성미자의 경우 연구진의 이전 연구에서 멀티메신저 사진과 일치하는 고에너지 감마선 및 초고에너지 우주선과 일치할 수 있다는 것을 보여주었다. 그러나 단순히 설명할 수 없는 100 TeV 이하의 중성미자가 많다는 증거가 늘어나고 있다. 최근 IceCube 관측소는 북쪽 하늘에서 NGC 1068로 알려진 가장 밝은 활동 은하들 중 하나인 방향에서 고에너지 증성미자가 아주 많이 나타난다고 보고했다.


새로운 모델은 은하 중심부에서 발견되는 초거대질량 블랙홀 주위의 별과 다른 천체를 둘러싸고 있는 초고온 플라즈마의 아우라인 코로나가 그러한 근원이 될 수 있음을 시사한다. 일식 중 태양의 사진에서 볼 수 있는 코로나와 유사하게, 천체물리학자들은 블랙홀이 중력의 영향을 통해 블랙홀 주위로 형성되는, 액화 디스크로 알려진 물질의 회전 디스크 위에 코로나를 가지고 있다고 믿고 있다. 이 코로나는 온도가 약 10억 켈빈에 달할 정도로 극도로 뜨겁고 자화되며 난기류를 일으킨다. 이 환경에서는 입자가 가속될 수 있어 중성미자와 감마선을 만들 수 있는 입자 충돌로 이어질 수 있지만, 환경은 고에너지 감마선의 탈출을 막을 정도로 밀도가 높다.


우주에서 연성 감마선 방출을 탐사하기 위해 특별히 고안된 프로젝트들이 개발되고 있다. 또한 차세대 중성미자 검출기, 지중해의 KM3Net, 남극의 아이스큐브-Gen2는 더 민감하다. 유망한 관찰대상으로는 과잉 중성미자 방출이 보고된 북부 하늘의 NGC 1068과 남부 하늘에서 가장 밝은 활성 은하 몇 개가 있다.


새로운 감마선과 중성미자 검출기는 초거대 블랙홀 코로나에서 발생하는 중성미자 방출에 대한 심층적인 검색을 가능하게 할 것이라면서 이 원

천이 새로운 모델이 예측하는 대로 IceCube가 관측하는 중간 에너지 수준 중성미자의 큰 방출원인이 되는지를 조사할 수 있게 될 것이다고 전망했다.

 

 

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