감마선의 놀라운 발견으로 우주의 신비를 밝힐 수 있다
천문학자들은 우리 은하계 밖에서 예상치 못한 설명할 수 없는 특징을 발견했습니다. 바로 감마선이라고 불리는 고에너지 빛 복사입니다.
NASA와 메릴랜드 대학 우주학자 알렉산더 카슬린스키(Alexander Kashlinsky)를 포함한 이번 발견의 팀은 NASA의 페르미 망원경에서 13년간의 데이터를 검색하면서 감마선 신호를 발견했습니다.
Kashlinski는 “이것은 완전히 우연한 발견입니다.”라고 말했습니다. 그는 성명에서 말했다. “우리는 우리가 찾고 있던 신호보다 하늘의 다른 부분에서 훨씬 더 강한 신호를 발견했습니다.”
이 감마선 신호를 더욱 이상하게 만드는 것은 이 신호가 지금까지 발견된 가장 강력한 우주 입자의 근원인 설명할 수 없는 또 다른 우주의 특징을 향해 떨어진다는 사실입니다.
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연구팀은 새로 발견된 신호가 대부분 양성자, 중성자, 원자핵으로 구성된 고에너지 입자, 즉 우주선과 연결되어 있다고 믿고 있습니다.
이러한 초고에너지 우주선(UHECR)은 감마선보다 10억 배 더 많은 에너지를 운반하며, 그 기원은 천체물리학에서 가장 큰 미스터리 중 하나로 남아 있으며, 이 감마선 소스의 발견으로 인해 더욱 깊어진 미스터리입니다.
우주 화석 탐색은 감마선의 놀라움으로 이어졌습니다
이 신비한 새로운 감마선 특징은 우주 마이크로파 배경(CMB)의 이상한 특성과 유사할 수 있습니다.
CMB는 우주에서 가장 오래된 빛을 의미하며 빅뱅 이후 약 38만년 후에 발생한 사건으로 인해 남겨진 우주화석이다. 그 전에 우주는 빛이 통과할 수 없는 뜨겁고 밀도가 높은 자유 전자와 양성자의 수프였습니다.
그러나 이 무렵, 우주는 전자와 양성자가 함께 결합하여 원시 원자를 형성할 수 있을 만큼 충분히 냉각되었습니다. 갑작스런 자유 전자의 부족은 빛의 입자인 광자가 더 이상 음전하를 띤 입자에 의해 무한히 흩어지지 않는다는 것을 의미합니다.
우주는 말 그대로 불투명에서 순식간에 투명하게 바뀌었고, 첫 번째 빛이 여행할 수 있게 되었습니다. CMB는 자유롭게 이동하는 최초의 광자로 구성됩니다.
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다음 약 138억년에 걸쳐 우주가 팽창하면서 이 광자는 에너지를 잃어 이제 화씨 영하 454도(섭씨 영하 270도)의 균일한 온도를 갖게 되었습니다.
CMB는 1964년 5월 미국 전파 천문학자 로버트 윌슨(Robert Wilson)과 아르노 펜지어스(Arno Penzias)에 의해 지구 위 하늘의 모든 방향에서 마이크로파 복사로 처음 관찰되었습니다. 그러나 1990년대에 NASA의 COBE(Cosmic Background Explorer) 우주선이 CMB 온도의 작은 변화를 감지했을 때 이러한 명백한 균일성은 도전을 받았습니다.
COBE는 CMB가 사자자리 방향으로 더 많은 마이크로파를 가지고 0.12% 더 뜨겁고, 반대 방향으로 평균보다 0.12% 더 차갑고 마이크로파가 더 적다는 것을 발견했습니다.
CMB의 이 패턴 또는 “쌍극자”는 우리 태양계의 움직임(화석 방사선장에 대해 초당 230마일)으로 인해 발생합니다. 그러나 이것이 사실이라면 태양계 외부의 천체물리학적 광원에서 나오는 모든 빛에서 태양계의 운동으로 인해 발생하는 유사한 쌍극자가 발생해야 하지만 아직까지 이러한 현상은 확인되지 않았습니다.
천문학자들은 CMB 쌍극자가 우리 운동의 결과라는 것을 확인할 수 있도록 다른 유형의 빛에서 이 효과를 찾고 있습니다.
“이러한 측정은 중요합니다. CMB 쌍극자의 크기와 방향에 대한 변화를 통해 우주 초기에 일어났던 물리적 과정을 엿볼 수 있기 때문입니다. 두 번째입니다.”라고 팀원 Fernando가 말했습니다. Atrio Barandella는 스페인 살라망카 대학의 이론 물리학 교수입니다.
우주 미스터리가 하나인가요, 아니면 둘인가요?
팀은 페르미(Fermi)와 LAT(Large Area Telescope)를 선택했습니다. 이 망원경은 지구 위의 하늘 전체를 하루에 여러 번 스캔하여 수년간의 데이터를 수집하고 비교합니다. 연구원들은 LAT 데이터 내에 감마선에서 감지할 수 있는 쌍극자 방출 패턴이 있기를 바라고 있습니다.
특수 상대성 이론의 효과와 감마선의 고에너지 특성으로 인해 이 쌍극자는 CMB의 저에너지 마이크로파 광에서와 마찬가지로 이 데이터에서 5배 더 두드러져야 합니다. 팀은 이 패턴과 유사한 것을 발견했지만 예상했던 위치에는 없었습니다.
“우리는 감마선 쌍극자를 발견했지만 그 정점은 CMB에서 멀리 떨어진 남쪽 하늘에 있습니다. [peak]미국 가톨릭 대학교 천체물리학자 크리스 슈레이더(Chris Schrader) 팀 멤버는 “그 크기는 우리가 움직임에서 예상했던 것보다 10배 더 크다”고 말했습니다. “비록 우리가 찾고 있던 것은 아니지만 고에너지 우주선에 대해 보고된 유사한 특징과 관련이 있을 수 있다고 의심됩니다.”
해당 쌍극자는 지구에 도달할 때 UHECR을 형성하는 고에너지 하전 입자의 소나기에서 발견되며, 이는 2017년 아르헨티나의 피에르 오제 천문대에서 처음 관찰되었습니다.
비록 이러한 하전 입자가 지구를 향해 이동할 때 은하수 자기장과 기타 자기장으로부터 편향을 취하고 이러한 편향의 강도는 입자의 에너지와 전하에 따라 다르지만 UHECR 쌍극자는 여전히 일부 위치에서 최고조에 달합니다. Kashlinski와 그의 동료들이 감마선 소스를 발견한 곳과 유사합니다.
팀은 이러한 현장 상관관계로 인해 신비한 감마선과 UHECR 광선이 서로 관련될 가능성이 높다고 가정합니다. 특히 비점 광원이 두 현상을 모두 생성한다는 점을 고려할 때 더욱 그렇습니다.
이제 천문학자들은 이러한 방출 위치를 조사하여 이 초고에너지 빛과 초고에너지 입자의 소스 또는 소스를 결정하여 이들이 실제로 연결되어 있는지 그리고 하나의 우주 미스터리를 나타내는지 확인하려고 합니다. 해결하거나 해결해야합니다. 둘.
팀의 발견은 루이지애나주 뉴올리언스에서 열린 미국천문학회 제243차 회의에서 카슬린스키(Kashlinsky)에 의해 발표되었고, 종이 이 내용은 수요일(1월 10일) The Asphysical Journal Letters에 게재되었습니다.