2007년 발견된 고속 전파 폭발은 수 밀리초 동안 태양이 하루 내는 에너지를 방출하는 극단적 현상입니다. 수십억 광년 떨어진 곳에서 오는 이 짧은 섬광의 정체는 무엇일까요. 고속 전파 폭발의 비밀을 탐구합니다. 오늘은 고속 전파 폭발의 수수께끼, 수천 분의 1초 깜빡이는 우주의 신호에 대해서 살펴보겠습니다.
고속 전파 폭발의 수수께끼, 우연히 발견된 우주의 섬광
2007년, 천문학자 던컨 로리머가 파크스 전파망원경 데이터를 분석하고 있었다. 2001년 관측 자료였다. 6년 묵은 데이터였다. 놀라운 신호를 발견했다. 엄청나게 밝은 전파였다. 단 5밀리초 지속됐다. 깜빡이고 끝났다. 주파수가 분산됐다. 높은 주파수가 먼저 도착했다. 낮은 주파수가 늦게 왔다. 성간 플라즈마를 통과한 흔적이었다. 거리를 계산했다. 놀랍게도 30억 광년이었다. 우주론적 거리였다. 그렇게 멀리서 밀리초 동안 보이려면 엄청난 에너지가 필요하다. 태양이 하루 내는 에너지였다. 순간적으로 방출됐다. 무엇이 만들었을까. 로리머 폭발이라 불렸다. 최초의 고속 전파 폭발 FRB였다. Fast Radio Burst의 약자다. 처음엔 의심받았다. 전파 간섭 아니냐는 것이었다. 인공위성이나 레이더일 수 있다. 하지만 분산 측정으로 우주 기원이 확인됐다. 성간 전자 밀도를 통과한 신호였다. 지구 기원이 아니었다. 2013년까지 아무도 못 찾았다. 로리머 폭발이 유일했다. 단 한 번뿐이었다. 우연일까. 아니면 실제로 드물까. 2013년, 돌파구가 왔다. 파크스 망원경이 네 개를 더 찾았다. 실제로 일어나는 현상이었다. 이후 수백 개가 발견됐다. 매일 하늘 어딘가에서 수천 개가 일어나는 것으로 추정된다. 대부분 놓친다. 전파망원경이 그 방향을 안 보고 있다. 아니면 너무 희미하다. 발견되는 건 빙산의 일각이다.
반복하는 FRB와 반복하지 않는 FRB
FRB는 두 종류로 나뉜다. 일회성과 반복성이다. 대부분은 일회성이다. 한 번 터지고 끝이다. 같은 위치에서 다시 안 나온다. 하지만 일부는 반복한다. 같은 곳에서 여러 번 터진다. 2016년, 최초의 반복 FRB가 확인됐다. FRB 121102였다. 2012년 발견됐다. 2015년 다시 터졌다. 여러 번 관측됐다. 반복 패턴이 있었다. 정확한 위치를 찾았다. 30억 광년 떨어진 왜소 은하였다. 별 형성이 활발했다. 젊은 은하였다. 반복 FRB는 특이했다. 편광이 강했다. 자기장이 강한 환경이었다. 스펙트럼도 달랐다. 복잡한 구조였다. 일회성 FRB와 원인이 다를 수 있다. 2020년, 획기적 발견이 있었다. 우리 은하 안에서 FRB가 나왔다. SGR 1935+2154였다. 마그네타였다. 강한 자기장을 가진 중성자별이다. X선 폭발과 함께 전파 폭발이 나왔다. 에너지는 낮았다. 은하 밖 FRB보다 훨씬 약했다. 하지만 같은 현상일 가능성이 높았다. 거리가 가까워서 약하게 보인 것이다. 멀리 있었다면 전형적 FRB로 보였을 것이다. 마그네타가 FRB를 만든다는 증거였다. 적어도 일부는. 하지만 모든 FRB가 마그네타일까. 아직 모른다. 다른 메커니즘도 있을 수 있다. 블랙홀 병합일 수도 있다. 중성자별 충돌일 수도 있다. 백색왜성 폭발 가설도 있다. 심지어 외계 문명이라는 주장도 있다. 하버드 아비 로브가 또 제안했다. 외계인의 우주선 추진 빔일 수 있다는 것이다. 빛의 돛에 레이저를 쏴서 가속하는 것처럼, 전파로 우주선을 가속할 수 있다. 지구에서 관측되는 건 새어나온 전파다. 대부분 천문학자는 회의적이다. 자연 현상으로 충분히 설명된다고 본다.
우주를 재는 새로운 도구
FRB는 과학적으로 매우 유용하다. 우주를 연구하는 도구가 된다. 분산 측정이 핵심이다. 전파가 성간 물질을 통과하며 지연된다. 주파수별로 속도가 다르다. 낮은 주파수가 더 느리다. 도착 시간 차이를 재면 통과한 전자 밀도를 알 수 있다. 거리도 추정할 수 있다. FRB로 성간 물질 분포를 매핑한다. 은하와 은하 사이 공간에도 물질이 있다. 은하간 매질 IGM이다. 우주 물질의 절반이 여기 있다. 하지만 너무 희박해서 직접 관측이 어렵다. FRB가 통과하며 분산을 일으킨다. 이를 측정해 IGM을 연구한다. 잃어버린 중입자를 찾는다. 우주 물질 대부분은 중입자 물질이다. 양성자와 중성자다. 하지만 관측되는 게 이론보다 적다. 어디 숨었을까. IGM에 있을 것으로 추정된다. FRB가 확인해 준다. 우주 팽창도 연구한다. 먼 FRB일수록 분산이 크다. 우주 팽창으로 전자가 더 퍼져 있기 때문이다. 허블 상수를 측정할 수 있다. 독립적 방법이다. 암흑에너지 연구에도 쓴다. FRB 전용 망원경들이 생겼다. CHIME가 대표적이다. 캐나다에 있다. 원통형 전파망원경이다. 하늘을 계속 스캔한다. 매일 수십 개 FRB를 찾는다. 2018년 가동 이후 수백 개를 발견했다. ASKAP도 있다. 호주 전파망원경 배열이다. 넓은 시야를 본다. FRB를 찾고 즉시 위치를 정한다. 후속 관측을 한다. 중국 FAST도 가세했다. 세계 최대 전파망원경이다. 지름 500미터다. 극도로 민감하다. 희미한 FRB도 찾는다. 반복 FRB를 집중 관측한다. 수백 번 폭발을 기록했다. 패턴을 분석한다. FRB는 여전히 미스터리다. 왜 반복하는 것과 안 하는 것이 있을까. 에너지원은 무엇일까. 얼마나 다양한 종류가 있을까. 수천 개를 찾아야 답할 수 있다. 통계가 필요하다. 패턴을 봐야 한다. 분류해야 한다. 다음 세대 전파망원경이 온다. 제곱킬로미터 배열 SKA다. 수천 개 안테나를 연결한다. 전례 없는 감도다. FRB를 매일 수백 개 찾을 것이다. 완전한 카탈로그를 만든다. 우주 곳곳에서 깜빡이는 신호들. 짧지만 강렬한 섬광들. FRB가 들려주는 우주의 이야기를 듣는다.