H.E.S.S.를 사용하는 과학자들 나미비아의 천문대는 벨라 펄서(Vela pulsar)라는 별에서 가장 높은 에너지의 감마선을 감지했습니다. 이 감마선의 에너지는 20테라전자볼트에 달하며, 이는 가시광선 에너지의 약 10조 배에 해당합니다. 이러한 관찰은 그러한 펄스 감마선을 생성하는 이론과 조화되기 어렵다고 국제 연구진이 Nature Astronomy 저널에 보고했습니다.
펄서는 초신성 폭발로 눈부시게 폭발한 별들이 남긴 시체입니다. 폭발은 직경이 약 20km에 불과한 작은 죽은 별을 남길 것입니다. 이 별은 매우 빠르게 회전하고 거대한 자기장을 가지고 있습니다.
H.E.S.S.의 과학자인 Emmade Oña Wilhelmi는 다음과 같이 설명했습니다. "이 죽음의 별은 거의 전적으로 중성자로 구성되어 있으며 믿을 수 없을 정도로 밀도가 높습니다. 물질 1티스푼의 질량은 50억 톤이 넘습니다. 이는 기자 피라미드 질량의 약 900배에 해당합니다."
펄서는 우주 비콘과 유사한 회전하는 전자기 방사선 빔을 방출합니다. 그들의 광선이 우리 태양계를 휩쓸면 우리는 일정한 간격으로 나타나는 방사선의 섬광을 보게 될 것입니다. 방사선 펄스라고도 알려진 이러한 빛의 섬광은 전자기 스펙트럼의 다양한 에너지 대역에서 발견될 수 있습니다.
과학자들은 이 방사선의 근원이 펄서의 외부 도달 범위를 향해 이동하는 펄서의 자기권에서 생성되고 가속되는 빠른 전자라고 믿습니다. 자기권은 별을 둘러싸고 회전하는 플라즈마와 전자기장으로 구성됩니다.
폴란드 니콜라우스 코페르니쿠스 천문학 센터(CAMKPAN)의 Bronek Rudak은 "전자는 바깥쪽으로 이동하면서 에너지를 얻고 관찰된 방사선 빔의 형태로 방출합니다."라고 말했습니다.
남쪽 별자리 벨라에 위치한 베라 펄서는 전자기 스펙트럼의 전파 대역에서 가장 밝은 펄서이자 기가전자볼트(GeV) 범위에서 가장 밝은 지속 우주 감마선 소스입니다. 초당 약 11번 회전합니다. 그러나 몇 GeV 이상에서는 전자가 펄서의 자기권 끝에 도달하여 자기권에서 빠져나가기 때문에 방사선이 갑자기 종료됩니다.
그러나 그것이 이야기의 끝은 아닙니다. H.E.S.S.를 사용한 심층적인 관찰을 통해 이제 수십 테라전자볼트(TeV)만큼 높은 에너지를 갖는 새롭고 더 에너지적인 방사선 구성 요소가 발견되었습니다.
공동 저자인 남아프리카 노스웨스트 대학의 크리스토 벤터(Christo Venter)는 "이것은 이 물체에서 이전에 감지된 모든 방사선보다 약 200배 더 많은 에너지입니다. 이 초고에너지 구성 요소는 GeV 범위에서 관찰된 것과 동일한 위상 간격에서 발생합니다. 그러나 이러한 에너지에 도달하려면 전자가 자기권보다 더 멀리 이동할 수 있지만 회전 방출 패턴은 변경되지 않은 상태로 유지되어야 합니다."
이번 연구를 주도한 프랑스 천체입자 및 우주론 연구소(APC)의 Arache Djannati-Atai는 "이 결과는 펄서에 대한 우리의 이전 이해에 도전하고 이러한 자연 가속기가 어떻게 작동하는지 다시 생각해 볼 필요가 있다"고 말했습니다.
"자기권 내부 또는 외부의 자기장 선을 따라 가속하는 입자에 대한 전통적인 방식은 우리의 관찰을 적절하게 설명할 수 없습니다. 아마도 우리는 회전 패턴을 여전히 유지하는 자기 재결합이라는 과정을 통해 광기둥 외부에서 입자가 가속하는 것을 보고 있는 것 같습니다. 그러나 이것이 사실이라고 하더라도 그러한 극단적인 방사선이 어떻게 생성될 수 있는지 설명하기는 어렵습니다."
설명과는 상관없이, 벨라 펄서는 현재까지 발견된 가장 높은 감마선 에너지 펄서에 대한 공식 기록을 보유하고 있습니다.
Djannati-Atai는 "이 발견은 현재와 앞으로 더 민감한 감마선 망원경을 사용하여 수십 테라전자볼트 범위의 다른 펄서를 탐지할 수 있는 새로운 관측 창을 열어주며, 고도로 자화된 물체의 극한 가속 과정을 더 잘 이해할 수 있는 길을 열어줍니다."라고 말했습니다.