천문연 주도 국제 연구팀, 젊은 활동은하핵 '3C 138' 전파 증광 현상 규명
미국 VLA·한국 KVN 전파망원경 활용…은하 중심부 '전파코어' 2.6배 밝아져
"젊은 활동은하핵 제트 진화·우주 진화 연구 등에 폭넓게 활용할 수 있어"
한국천문연구원은 연구진이 주도한 국제 공동 연구팀이 젊은 활동은하핵에서 수년에 걸쳐 빛이 밝아지는 현상을 포착하고, 그 주요 발생 위치를 밝혀냈다고 8일 밝혔다. 사진은 젊은 활동은하핵 3C 138의 전파 제트 구조를 나타낸 개념도. (사진=천문연 제공) *재판매 및 DB 금지
[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 국내 연구진이 주도한 국제 공동 연구팀이 우주적 관점에서 '이제 막 태어난 아기' 단계인 젊은 활동은하핵(AGN)의 중심부에서 일어난 격렬한 에너지 방출 현상의 위치와 물리적 원인을 규명해 냈다.
한국천문연구원은 연구진이 주도한 국제 공동 연구팀이 젊은 활동은하핵에서 수년에 걸쳐 빛이 밝아지는 현상을 포착하고, 그 주요 발생 위치를 밝혀냈다고 8일 밝혔다.
연구진은 이번에 관측한 활동은하핵 '3C 138'의 밝기 증가가 은하 중심부의 전파코어에서 일어났으며, 이는 강한 자기장보다는 고에너지 전자의 공급 증가와 관련이 있다는 사실을 확인했다.
활동은하핵은 은하 중심부에 있는 매우 밝고 활동적인 영역이다. 중심에 태양 질량의 수백만배에서 수십억배에 달하는 초대질량블랙홀이 있으며, 주변 물질을 끌어당기는 과정에서 뜨거운 원반과 위아래로 빠르게 분출하는 물질 줄기인 '제트'를 형성한다.
천문연 이상성 박사 연구팀이 관측한 3C 138은 밀집 급경사 스펙트럼 천체(CSS)로 분류되는 젊은 활동은하핵이다. 전파 구조가 아직 모은하 내부에 모여 있을 정도로 작고 젊으며, 전파 대역에서 주파수가 높아질수록 밝기가 빠르게 감소해 본래 전파 밝기 변화가 크지 않은 천체다.
그러나 3C 138은 일반적인 CSS 천체와 달리 2022년부터 뚜렷한 전파 증광을 보였다. 이후 감마선 활동과 X선 방출 증가도 보고돼 밝기 증가의 원인을 규명할 필요성이 제기돼 왔다. 특히 증광이 전파코어에서 발생했는지, 또는 먼 제트 구조에서 발생했는지를 확인하는 것이 중요했다.
전파 스펙트럼 연구에 따르면 3C 138의 제트 활동은 수만년 전에 시작된 것으로 추정된다. 약 46억살인 태양과 비교하면 우주에서는 이제 막 태어난 아기와 같은 수준이다. 전파 제트의 크기도 약 1만 광년 정도에 그쳐 아직 모은하의 물질과 상호작용하기 쉬운 단계에 있다. 충분히 성장한 전파은하의 제트가 수십만에서 수백만 광년까지 뻗어나가는 것과 대조적이다.
연구진은 미국의 초대형 전파망원경 배열(VLA)과 초장기선간섭계(VLBA) 관측을 통해 3C 138의 가장 서쪽에 있는 전파코어가 2022년부터 2025년 사이 약 2.6배 밝아졌다는 사실을 확인했다. 반면 주변의 다른 작은 구조와 더 멀리 있는 제트는 뚜렷한 밝기 증가를 보이지 않았다.
이어 연구진은 전파코어의 밝기 변화 원인을 알아보기 위해 한국우주전파관측망(KVN)을 이용해 3C 138을 네 개의 전파 주파수 대역에서 동시에 관측했다. 전파코어는 매우 빠르게 변하는 영역이기 때문에 서로 다른 주파수를 같은 시점에 관측하는 것이 중요하기 때문이다.
관측 결과 전파코어의 스펙트럼은 일반적인 CSS 천체와 달리 특정 주파수에서 밝기가 다시 증가하는 독특한 형태를 보였다. 연구진은 이를 조밀한 영역 안에서 낮은 주파수의 전파가 다시 흡수되면서 나타나는 '싱크로트론 자체흡수(SSA)' 현상으로 해석했다.
연구진은 SSA 분석을 통해 전파코어 내부의 자기장 세기를 추정했다. 그 결과 자기장은 예상보다 약했던 반면, 고에너지 전자들이 새롭게 대량 공급된 것으로 나타났다. 이는 이번 밝기 증가가 자기장 강화 때문이 아니라, 입자 주입 또는 입자 가속이 강화된 결과임을 시사한다.
또 이렇게 가속된 입자들은 주변 광자를 더 높은 에너지로 끌어올릴 수 있어 이번에 함께 관측된 X선 및 감마선 활동 증가의 원인도 논리적으로 설명이 가능하다.
이번 연구 논문의 제1저자인 리선 천문연/UST 연구원은 "이번 연구는 젊은 활동은하핵의 밝기 증가가 어디에서, 어떤 물리적 과정으로 일어나는지를 보여준다"며 "이는 젊은 활동은하핵에서 제트 활동이 어떻게 강화되는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다"고 전했다.
이상성 천문연 박사는 "CSS 천체에서도 성장한 활동은하핵들과 같이 중심부 제트 활동이 X선 및 감마선 활동과 연결될 수 있음을 확인한 것은 동시 다주파수 VLBI 관측의 중요성을 보여주는 사례"라며 "향후 젊은 활동은하핵의 제트 진화와 고에너지 방출 기원 등 우주의 진화를 연구하는 데 활용될 수 있다"고 말했다.
한편 이번 연구 성과는 천문학 및 천체물리학 분야 국제 학술지 '천문학 및 천체물리학 저널(Astronomy & Astrophysics)' 6월5일 자에 게재됐다.
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