별을 두동강 내는 '플라즈마 블레이드'

거대한 별이 수명을 맞아 죽어 버릴 때 대량의 방사선을 폭발적으로 방출하는 현상이 '감마선 버스트'입니다. 최근 뉴욕대학의 연구자가 어떤 종류의 감마선 버스트는 별조차 두동강 내버리는 '플라스마 블레이드'의 방출로 설명할 수 있다는 가능성을 제시했습니다.

[2309.15347] Stars Bisected by Relativistic Blades
https://arxiv.org/abs/2309.15347

Ultra-powerful plasma 'blades' could slice entire stars in half, new paper suggests | Live Science
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Ultra-powerful plasma 'blades' could slice entire stars in half, new paper suggests

감마선 버스트는 천체가 감마선을 몇 초에서 몇 시간에 걸쳐 기세 좋게 방출하는 현상으로, 순간적으로 소멸하는 것도 있고 비교적 장시간 계속되는 것도 있습니다. 감마선 버스트가 어떤 메커니즘에서 발생하는지는 명확하지는 않지만 감마선 버스트를 일으키기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하기 때문에 초대질량 항성이 극초신성이 될 때 폭발을 일으켜 블랙홀을 형성할 때 일어나는 것으로 추정됩니다.

뉴욕대학 우주론·소립자 물리학센터의 연구팀은 arXiv에 게재한 논문에서 “비교적 장시간 지속되는 감마선 버스트는 중성자성 형성시 발생할 수 있다"고 보고했습니다.

거대한 항성이 중력붕괴에 의해 초신성 폭발을 일으키고 천체의 중심핵이 압축된 결과, 중성자성이라는 천체로 진화할 수 있습니다. 중성자성은 지름 수십km로 초고밀도·대질량을 가진 천체이지만 때로는 급속한 압축과 회전에 의해 매우 강한 자기장을 얻을 수 있습니다. 이 강한 자기장을 얻은 중성자성을 마그네타(Magnetar)라고 합니다.

지금까지는 이 마그네타의 자기장에 의해 주위에 있는 별의 남은 찌꺼기가 끌려갔고 강력한 방사선과 자기장에 의해 플라즈마 제트가 마그네타의 자전축을 따라 형성된다고 보았습니다. 그러나 연구팀은 마그네타의 자기원심력에 의해 적도를 따라 플라즈마가 버스트 조사될 가능성이 있다고 보았습니다.

이 버스트 조사는 별의 바깥을 향해 진행하는 플라즈마 블레이드가 되어서 초신성 폭발보다 큰 에너지를 방출한다는 것. 게다가 이 블레이드는 고밀도의 항성을 완전히 두동강 내버릴 정도의 위력을 가지고 있다고 합니다.

이 플라즈마 블레이드는 별 반경의 몇 배 이상의 거리를 이동한 후 마침내 기세를 잃고 소멸하는데, 이것이 비교적 장시간 계속되는 감마선 버스트의 정체일 것이라고 연구팀은 추측했습니다.

연구팀은 다음 과제로서 별을 찢어내면서 방출된 플라즈마 블레이드가 어떻게 소멸해 나가는지, 그리고 플라즈마 블레이드를 방출한 마그네타가 어떻게 바뀌어가는지에 대해 연구할 예정이라고 합니다.