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KISTI 과학향기 제1838호

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감마선 폭발이란

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만약에 1억 광년 안에 있는 모든 별의 에너지를 한데 모을 수 있다고 상상해 봅시다.
각각 수십억 개의 별들을 가진, 수천 개의 은하로부터 말이죠.
그리고 만약에, 이 모든 에너지를 손에 넣고, 그걸로 우주 최강의 슈퍼 무기를 만든다고 상상해 봅시다.
그리고 그 파괴력을 상상해 봅시다.
사실, 이건 처음부터 상상할 필요가 없었습니다.
왜냐면 실제로 존재하기 때문이죠. 바로 감마선 폭발이라고 불리는 현상입니다.
그럼 대체 이 우주 저격수들은 뭘까요?
그리고 이게 지구를 맞히면 어떻게 될까요?
감마선 폭발을 이해하기 위해서는, 먼저 감마선을 이해해야 합니다.
감마선은 전자기파로, 우리 눈에 보이는 빛과 같이 에너지를 운반하는 파장의 일종입니다.
가시광선은 아주 넓은 전자기파 스펙트럼의 일부분에 불과합니다. 그 중 눈에 보이는 부분일 뿐이죠.
그보다 낮은 에너지를 가지는 파장으로는 라디오파, 마이크로파, 그리고 적외선이 있고,
높은 에너지를 가지는 파장으로는 자외선, X선, 그리고 감마선이 있습니다.
감마선은 대단히 강력한 에너지를 가져서
하나의 감마선 광자는, 가시광선 광자 수백만 개보다 더 강한 힘을 가집니다.
이런 고에너지는 감마선으로 하여금 이온화 방사선의 형태를 띄게끔 합니다.
즉, 원자의 결합을 무너트릴 정도로 강한 에너지를 가진다는 뜻입니다.
이건 우리 모두에게 위협적인 현상입니다.
이온화 방사능은 우리의 생명을 지탱하는 복잡한 생물학적 기계장치를 교란합니다.
마치 시계를 관통하는 9mm 총탄처럼요.
다행히도, 지구에는 오존층이 있어서, 우리에게 해를 입히기 전에 감마선을 막아 줍니다.
그런데 대기가 우주에서 들어오는 감마선을 막아 준다면,
우주에서 오는 감마선폭발(GRB)은 대체 어떻게 발견된 걸까요?
냉전 시기에,
미국은 소련의 핵실험에서 발생하는 감마선을 탐지하기 위한 첩보위성을 띄워 보냈습니다.
그 위성들은 폭탄을 찾아내진 못했지만, 대신 우주에서 몇 초 동안 빛나는 수수께끼의 폭발들을 목격했습니다.
현재까지 첩보위성에 의해 발견된 주요한 과학적 발견은 이게 유일합니다. (우리가 아는 한은 말이죠)
천문학자들은 다양한 종류의 빛을 보는 망원경을 이용해 우주를 탐색합니다.
그리고 이 첩보위성들이 새로운 종류의 눈을 달아주었죠.
이 현상은 30년간 미스터리였지만, 결국,
우리는 감마선 폭발의 근원을 찾아냈습니다. 60억 광년 떨어진 은하에서요.
감마선 폭발이 이렇게 먼 거리에서도 관측될 수 있다면, 분명 엄청난 에너지를 가졌을 겁니다.
태양이 100억 년의 수명을 다하는 동안 낼 수 있는 모든 에너지보다 많은 에너지를 단 몇 초 만에 쏟아내는 거죠.
바로 그래서 감마선 폭발은 우주에서 가장 밝은 천문현상입니다.
그래서, 왜 이런 현상이 일어나는 걸까요?
우주에서 가장 끔찍하고, 파멸적인 죽음을 가져오는 현상 중 하나인 감마선 폭발은
한편으로 블랙홀을 탄생시킵니다.
감마선폭발에는 두 가지 종류가 있습니다.
"짧은" 것과 "긴" 것이고, 각각 다른 원인을 가집니다.
"긴" 감마선 폭발은 몇 분 동안 이어지고, 과학자들은 초신성 폭발에 의해 발생하는 것으로 추측합니다.
엄청나게 무거운 별의 핵이 붕괴해서 블랙홀로 변하는 순간에 말이죠.
"짧은" 감마선 폭발은 몇 초 동안 이어지고, 쌍성계를 이루고 있던 두 개의 중성자별이 합쳐질 때 일어납니다.
수백만 년 동안, 이들의 궤도는 서로가 내뿜는 중력파에 의해 점차 줄어들고,
서로 충분히 가까워지게 되면, 두 별은 서로 충돌해 뭉개지면서, 블랙홀을 만들어냅니다.
초신성폭발과 중성자별간의 융합은 모두 같은 결과를 낳습니다.
부모였던 별에서 떨어져 나온 자성화된 가스의 원반으로 둘러싸인 블랙홀이죠.
이런 환경에서, 블랙홀의 회전은 자기장을 정렬시켜, 뜨거운 입자들을 광속에 가까운 속도로 뿜어내는 굴뚝을 만듭니다.
이 굴뚝에 가득 찬 가스가, 두 개의 고에너지 감마선으로 구성된 제트를 만들어냅니다.
마치 성간 레이저 총처럼요.
사방으로 퍼져나가 흩어지는 다른 우주 폭발들과는 다르게,
감마선 폭발은 초점이 매우 집중되어 있어서, 훨씬 먼 곳에서도 관측이 가능합니다.
이보다 더 자세한 내용은 유튜브 동영상에 담기엔 너무 많은 수학을 필요로 하는군요.
우주는 온통 이런 우주 저격수들로 가득합니다. 이들은 어둠 속에서 아무 데로나 감마선을 쏘아 보내고 있고,
실제로 우리는 계속해서 그걸 맞아 오고 있습니다.
평균적으로, 하루에 한 개 정도가 탐지됩니다. 다행히, 대부분은 해가 없습니다.
지금까지 우리가 탐지한 모든 감마선 폭발은 우리 은하 바깥에서 일어난 것들이었습니다.
우리를 다치게 하기엔 너무 먼 곳에서죠.
하지만 근처에서 일어난 감마선 폭발은 재앙이 될 수 있습니다.
만약 몇 광년 떨어진 곳에서 일어난다면, 단숨에 지구 표면을 완전히 익혀버리고도 남습니다.
적어도 그 쪽을 보고 있던 절반은 말이죠.
하지만 좀 더 멀리 떨어진 곳에서 일어난 감마선 폭발도 지구상의 생명을 종말로 이끌 수 있습니다.
딱히 우리를 상대로 헤드샷을 노릴 필요도 없어요.
만약 몇천 광년 밖에서 감마선 폭발이 일어난다면,
우리에게 도달했을 때 그 폭은 수백 광년 정도가 되어 있을 겁니다.
태양계 전체를 파도처럼 쓸고 지나가겠죠.
물론, 오존층이 우리를 지켜주겠지만, 오존층은 태양에서 내려오는 자외선을 차단하는 데에 더 적합한 물건입니다.
감마선 폭발은 오존층을 날려버리고, 우리를 태양에서 쏟아지는 방사선에 무방비로 노출시켜 버릴 수 있습니다.
오존층은 자연적으로 몇 년에 걸쳐 회복될 수 있지만,
그 정도면 태양 빛이 지구 상의 모든 생명체를 소독해 버리기엔 충분한 시간이죠.
적어도, 모든 복잡한 생명체는 죽을 겁니다.
사실, 이 사태는 이미 한 번 일어났을 수도 있습니다.
감마선 폭발은 4억 5천만 년 전 오르도비스기 대멸종의 가능한 원인 중 하나로 지목되기도 합니다.
그 당시 해양 생명체의 85%가 멸종해 버렸죠.
비록 지금 시점에서 검증할 방법은 없다시피 하지만요.
감마선 폭발은 어쩌면 우리가 우주에서 다른 생명체를 만나지 못하는 이유일지도 모릅니다.
정기적으로 감마선이 우주의 여러 구석을 깨끗하게 청소해 버리는지도 모르죠.
감마선 폭발로 인해, 모든 은하들 중 오직 10%의 은하들만이 생명이 살기에 적합한 곳이라는 분석도 있습니다.
그중 하나가 우리 은하죠.
그래서, 감마선 폭발이 당장 우리를 죽이러 올까요?
아마 그렇지 않을 겁니다.
우리 은하 같은 은하에서, 감마선 폭발은 백만 년에 한 번 꼴로만 일어납니다.
그리고 우리에게 위협이 되기 위해서는, 근처에서 일어나야 하고, 방향이 우리 쪽이어야 합니다.
하지만 감마선은 광속으로 달리기 때문에, 우리는 그게 우리에게 도달할 때까지 오고 있다는 사실조차 알 수 없습니다.
그래서, 만약 이미 우리를 몰살시킬 감마선 폭발이 일어나서 다가오고 있는 중이라고 해도,
우리는 그걸 맞을 때까지 알 수가 없습니다.
알고 나면 이미 우린 다 죽었겠죠.
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만약에 1억 광년 안에 있는 모든 별의 에너지를 한데 모을 수 있다고 상상해 봅시다.
각각 수십억 개의 별들을 가진, 수천 개의 은하로부터 말이죠.
그리고 만약에, 이 모든 에너지를 손에 넣고, 그걸로 우주 최강의 슈퍼 무기를 만든다고 상상해 봅시다.
그리고 그 파괴력을 상상해 봅시다.
사실, 이건 처음부터 상상할 필요가 없었습니다.
왜냐면 실제로 존재하기 때문이죠. 바로 감마선 폭발이라고 불리는 현상입니다.
그럼 대체 이 우주 저격수들은 뭘까요?
그리고 이게 지구를 맞히면 어떻게 될까요?
감마선 폭발을 이해하기 위해서는, 먼저 감마선을 이해해야 합니다.
감마선은 전자기파로, 우리 눈에 보이는 빛과 같이 에너지를 운반하는 파장의 일종입니다.
가시광선은 아주 넓은 전자기파 스펙트럼의 일부분에 불과합니다. 그 중 눈에 보이는 부분일 뿐이죠.
그보다 낮은 에너지를 가지는 파장으로는 라디오파, 마이크로파, 그리고 적외선이 있고,
높은 에너지를 가지는 파장으로는 자외선, X선, 그리고 감마선이 있습니다.
감마선은 대단히 강력한 에너지를 가져서
하나의 감마선 광자는, 가시광선 광자 수백만 개보다 더 강한 힘을 가집니다.
이런 고에너지는 감마선으로 하여금 이온화 방사선의 형태를 띄게끔 합니다.
즉, 원자의 결합을 무너트릴 정도로 강한 에너지를 가진다는 뜻입니다.
이건 우리 모두에게 위협적인 현상입니다.
이온화 방사능은 우리의 생명을 지탱하는 복잡한 생물학적 기계장치를 교란합니다.
마치 시계를 관통하는 9mm 총탄처럼요.
다행히도, 지구에는 오존층이 있어서, 우리에게 해를 입히기 전에 감마선을 막아 줍니다.
그런데 대기가 우주에서 들어오는 감마선을 막아 준다면,
우주에서 오는 감마선폭발(GRB)은 대체 어떻게 발견된 걸까요?
냉전 시기에,
미국은 소련의 핵실험에서 발생하는 감마선을 탐지하기 위한 첩보위성을 띄워 보냈습니다.
그 위성들은 폭탄을 찾아내진 못했지만, 대신 우주에서 몇 초 동안 빛나는 수수께끼의 폭발들을 목격했습니다.
현재까지 첩보위성에 의해 발견된 주요한 과학적 발견은 이게 유일합니다. (우리가 아는 한은 말이죠)
천문학자들은 다양한 종류의 빛을 보는 망원경을 이용해 우주를 탐색합니다.
그리고 이 첩보위성들이 새로운 종류의 눈을 달아주었죠.
이 현상은 30년간 미스터리였지만, 결국,
우리는 감마선 폭발의 근원을 찾아냈습니다. 60억 광년 떨어진 은하에서요.
감마선 폭발이 이렇게 먼 거리에서도 관측될 수 있다면, 분명 엄청난 에너지를 가졌을 겁니다.
태양이 100억 년의 수명을 다하는 동안 낼 수 있는 모든 에너지보다 많은 에너지를 단 몇 초 만에 쏟아내는 거죠.
바로 그래서 감마선 폭발은 우주에서 가장 밝은 천문현상입니다.
그래서, 왜 이런 현상이 일어나는 걸까요?
우주에서 가장 끔찍하고, 파멸적인 죽음을 가져오는 현상 중 하나인 감마선 폭발은
한편으로 블랙홀을 탄생시킵니다.
감마선폭발에는 두 가지 종류가 있습니다.
"짧은" 것과 "긴" 것이고, 각각 다른 원인을 가집니다.
"긴" 감마선 폭발은 몇 분 동안 이어지고, 과학자들은 초신성 폭발에 의해 발생하는 것으로 추측합니다.
엄청나게 무거운 별의 핵이 붕괴해서 블랙홀로 변하는 순간에 말이죠.
"짧은" 감마선 폭발은 몇 초 동안 이어지고, 쌍성계를 이루고 있던 두 개의 중성자별이 합쳐질 때 일어납니다.
수백만 년 동안, 이들의 궤도는 서로가 내뿜는 중력파에 의해 점차 줄어들고,
서로 충분히 가까워지게 되면, 두 별은 서로 충돌해 뭉개지면서, 블랙홀을 만들어냅니다.
초신성폭발과 중성자별간의 융합은 모두 같은 결과를 낳습니다.
부모였던 별에서 떨어져 나온 자성화된 가스의 원반으로 둘러싸인 블랙홀이죠.
이런 환경에서, 블랙홀의 회전은 자기장을 정렬시켜, 뜨거운 입자들을 광속에 가까운 속도로 뿜어내는 굴뚝을 만듭니다.
이 굴뚝에 가득 찬 가스가, 두 개의 고에너지 감마선으로 구성된 제트를 만들어냅니다.
마치 성간 레이저 총처럼요.
사방으로 퍼져나가 흩어지는 다른 우주 폭발들과는 다르게,
감마선 폭발은 초점이 매우 집중되어 있어서, 훨씬 먼 곳에서도 관측이 가능합니다.
이보다 더 자세한 내용은 유튜브 동영상에 담기엔 너무 많은 수학을 필요로 하는군요.
우주는 온통 이런 우주 저격수들로 가득합니다. 이들은 어둠 속에서 아무 데로나 감마선을 쏘아 보내고 있고,
실제로 우리는 계속해서 그걸 맞아 오고 있습니다.
평균적으로, 하루에 한 개 정도가 탐지됩니다. 다행히, 대부분은 해가 없습니다.
지금까지 우리가 탐지한 모든 감마선 폭발은 우리 은하 바깥에서 일어난 것들이었습니다.
우리를 다치게 하기엔 너무 먼 곳에서죠.
하지만 근처에서 일어난 감마선 폭발은 재앙이 될 수 있습니다.
만약 몇 광년 떨어진 곳에서 일어난다면, 단숨에 지구 표면을 완전히 익혀버리고도 남습니다.
적어도 그 쪽을 보고 있던 절반은 말이죠.
하지만 좀 더 멀리 떨어진 곳에서 일어난 감마선 폭발도 지구상의 생명을 종말로 이끌 수 있습니다.
딱히 우리를 상대로 헤드샷을 노릴 필요도 없어요.
만약 몇천 광년 밖에서 감마선 폭발이 일어난다면,
우리에게 도달했을 때 그 폭은 수백 광년 정도가 되어 있을 겁니다.
태양계 전체를 파도처럼 쓸고 지나가겠죠.
물론, 오존층이 우리를 지켜주겠지만, 오존층은 태양에서 내려오는 자외선을 차단하는 데에 더 적합한 물건입니다.
감마선 폭발은 오존층을 날려버리고, 우리를 태양에서 쏟아지는 방사선에 무방비로 노출시켜 버릴 수 있습니다.
오존층은 자연적으로 몇 년에 걸쳐 회복될 수 있지만,
그 정도면 태양 빛이 지구 상의 모든 생명체를 소독해 버리기엔 충분한 시간이죠.
적어도, 모든 복잡한 생명체는 죽을 겁니다.
사실, 이 사태는 이미 한 번 일어났을 수도 있습니다.
감마선 폭발은 4억 5천만 년 전 오르도비스기 대멸종의 가능한 원인 중 하나로 지목되기도 합니다.
그 당시 해양 생명체의 85%가 멸종해 버렸죠.
비록 지금 시점에서 검증할 방법은 없다시피 하지만요.
감마선 폭발은 어쩌면 우리가 우주에서 다른 생명체를 만나지 못하는 이유일지도 모릅니다.
정기적으로 감마선이 우주의 여러 구석을 깨끗하게 청소해 버리는지도 모르죠.
감마선 폭발로 인해, 모든 은하들 중 오직 10%의 은하들만이 생명이 살기에 적합한 곳이라는 분석도 있습니다.
그중 하나가 우리 은하죠.
그래서, 감마선 폭발이 당장 우리를 죽이러 올까요?
아마 그렇지 않을 겁니다.
우리 은하 같은 은하에서, 감마선 폭발은 백만 년에 한 번 꼴로만 일어납니다.
그리고 우리에게 위협이 되기 위해서는, 근처에서 일어나야 하고, 방향이 우리 쪽이어야 합니다.
하지만 감마선은 광속으로 달리기 때문에, 우리는 그게 우리에게 도달할 때까지 오고 있다는 사실조차 알 수 없습니다.
그래서, 만약 이미 우리를 몰살시킬 감마선 폭발이 일어나서 다가오고 있는 중이라고 해도,
우리는 그걸 맞을 때까지 알 수가 없습니다.
알고 나면 이미 우린 다 죽었겠죠.
번역자: Kurzgesagt – In a Nutshell
영상: Kurzgesagt – In a Nutshell
출처: https://www.youtube.com/watch?v=RLykC1VN7NY
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