수십 년 동안의 중성미자 미스터리
관측된 천체는 PKS 1424+240으로, 알려진 중성미자 중 가장 밝은 것으로 알려진 블레이저입니다. 이 천체는 이전에 아이스큐브 중성미자 관측소에서 매우 높은 에너지의 중성미자를 방출하는 것으로 관측되었으며, 지상 기반 체렌코프 망원경에서도 감마선을 방출하며 밝게 빛났습니다.
그러나 역설적인 점은 PKS 1424+240의 전파 제트가 너무 느리게 움직인다는 사실인데, 이는 고속 제트만이 그렇게 강한 복사를 생성할 수 있다는 오랜 가설과 모순됩니다.
초장기선배열(VLBA) 전파 망원경으로 블레이저 PKS 1424+240의 플라스마 원뿔 내부를 관찰한 모습. 사진 제공: NSF/AUI/NRAO/B. Saxton/YY Kovalev 외
과학자들은 초장기선배열(VLBA)을 이용한 15년간의 지속적인 관측 끝에 블레이자 제트의 가장 상세한 이미지를 재구성했습니다. 그 결과, 코일 스프링처럼 작용하는 거의 완벽한 토로이드형 자기장 구조가 발견되어 입자를 최대 에너지로 밀어붙이는 것을 확인할 수 있었습니다. 이는 블레이자 제트에서 분출되는 고에너지 중성미자와 감마선을 모두 설명해 줍니다.
"이미지를 재구성해 보니 정말 놀라웠습니다. 거의 완벽한 자기 토러스에 제트가 우리를 향해 똑바로 향하고 있는 모습은 본 적이 없었습니다."라고 막스 플랑크 전파천문학 연구소(MPIfR)의 MuSES 프로젝트 책임자이자 논문 주저자인 유리 코발레프 연구원은 말했습니다.
연구팀의 설명에 따르면, 제트가 지구를 거의 정면으로 향하고 있기 때문에 상대론적 효과에 의해 빛이 크게 증폭됩니다. 공동 저자인 잭 리빙스턴(MPIfR)은 "이러한 정렬은 제트의 밝기를 30배 이상 증가시킵니다. 동시에 제트는 느리게 움직이는 것처럼 보이는데, 이는 전형적인 착시 현상입니다."라고 말했습니다.
"사우론의 눈" - 블레이저 PKS 1424+240의 플라즈마를 정면에서 바라본 인상적인 이미지. 플라즈마는 거의 완벽한 토로이드형 자기장(주황색 이미지)에 둘러싸여 있습니다. 특수 상대성 이론 덕분에 고에너지 감마선과 중성미자는 우리 관점에서는 느리게 움직이는 것처럼 보이지만 지구를 향해 강하게 향합니다. 출처: YY Kovalev 외
이는 매우 희귀한 기회를 제공합니다. 과학자들은 "블레이저의 중심부를 직접 들여다볼 수" 있으며, 플라즈마가 흐르고 가속되는 중심부의 자기장 구조를 직접 관찰할 수 있습니다.
우주의 미스터리에 대한 답
편광된 전파 신호는 연구진이 자기장을 매핑하는 데 도움을 주었고, 플라즈마의 시작과 유지에 핵심적인 역할을 하는 나선형 구조를 밝혀냈습니다. 이를 통해 과학자들은 초대질량 블랙홀과 함께 작용하는 은하핵이 전자뿐만 아니라 양성자까지 가속한다는 사실을 처음으로 확인할 수 있었습니다. 양성자는 이전에 논란의 여지가 있었던 고에너지 중성미자의 근원입니다.
코발레프는 "이 퍼즐을 풀면 활성 은하핵이 지구상의 인공 가속기의 성능을 훨씬 뛰어넘는 에너지로 전자와 양성자를 생성할 수 있는 가장 강력한 우주 가속기라는 것이 확인됩니다."라고 강조했습니다.
이번 발견은 VLBA를 이용하여 블랙홀 제트를 추적하려는 수십 년간의 노력인 모하비(MOJAVE) 프로그램의 중요한 성과이기도 합니다. 전 세계 전파 망원경을 연결하여 지구 크기의 "가상 망원경"을 만드는 초장기선 간섭계(VLBI)라는 기술을 사용하여 연구팀은 전례 없는 천문학적 해상도를 달성했습니다.
"이 프로젝트가 시작되었을 때, 멀리 떨어진 블랙홀에서 나오는 제트와 우주 중성미자 사이의 직접적인 연관성을 보여주는 것은 공상과학처럼 들렸습니다. 하지만 이제 이러한 관측 덕분에 그것이 현실이 되었습니다."라고 MPIfR 소장이자 MOJAVE의 공동 설립자인 안톤 젠수스 교수는 말했습니다.
이번 발견은 나선 자기장, 상대론적 제트, 고에너지 중성미자, 감마선 간의 연관성을 강화하고 다중 메신저 천문학에 이정표를 세웠습니다. 다중 메신저 천문학은 다양한 유형의 우주 신호(빛, 중성미자, 중력파)를 결합하여 우주의 가장 극단적인 현상을 해독하는 분야입니다.
출처: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/chup-duoc-hinh-anh-con-mat-cua-sauron-chieu-thang-ve-trai-dat/20250821040221998
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