천문학자들은 PSR J1023+0038이라고 불리는 희귀하고 빠르게 회전하는 중성자별에 대한 오랜 미스터리를 막 풀었습니다. NASA의 IXPE 망원경과 일련의 관측소를 사용하여 과학자들은 시스템의 강렬한 X-선이 이전에 생각했던 것처럼 빛나는 강착 원반에서 나오는 것이 아니라 펄서 자체에서 방출되는 고속 입자의 혼란스러운 바람에서 나온다는 것을 발견했습니다. 이번 발견은 오래된 모델에 도전하고 펄서 복사 뒤에 숨은 강력한 단일 메커니즘을 드러냅니다. 이것은 죽은 별이 어떻게 여전히 우주를 밝히고 있는지에 대한 우리의 이해를 극적으로 변화시킵니다.

펄서, 내부 강착 원반 및 펄서풍을 포함하는 PSR J1023+0038 쌍성계의 중앙 영역에 대한 예술가의 다이어그램. 이미지 출처: Marco Maria Messa, University of Milan/INAF-OAB; 마리아 크리스티나 발리오, INAF-OAB

글로벌 천문학자 팀이 폭발하는 별의 에너지 잔해가 주변 공간과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 주요 발견을 했습니다. 연구원들은 이러한 역동적인 우주 행동에 대한 새로운 통찰력을 얻기 위해 NASA의 IXPE(Imaging X-ray Polarimetry Explorer)를 다른 여러 관측소와 함께 사용했습니다.

미국, 이탈리아, 스페인의 이 과학자들은 PSR J1023+0038(줄여서 J1023)이라는 신비한 항성계에 대한 연구에 집중했습니다. 이 시스템은 더 작은 동반별의 물질을 흡수하는 빠르게 회전하는 중성자별을 특징으로 합니다. 그 결과, 중성자별 주위에 물질의 강착 원반이 형성됩니다. 중성자별은 또한 펄서 역할을 하여 회전할 때 자극에서 강한 방사선 빔을 방출하여 우주를 휩쓸고 있는 등대와 유사한 패턴을 만듭니다.

J1023을 그토록 중요하게 만드는 것은 두 개의 서로 다른 스테이지 사이를 전환할 수 있는 능력입니다. 한 단계에서 펄서는 동반성으로부터 물질을 적극적으로 흡수합니다. 다른 단계에서는 더 조용해지며 전파 형태로 감지 가능한 펄스를 보냅니다. 이러한 현상 때문에 천문학자들은 이를 "과도기 밀리초 펄서"로 분류합니다.

지구에서 광년 떨어진 곳에 있는 고에너지 현상을 연구하는 데 사용되는 궤도에 있는 IXPE 우주선의 예술적인 그림입니다. 이미지 출처: NASA, 편집됨

"과이 밀리초 펄서는 중성자별이 이진계에서 어떻게 진화하는지 이해하는 데 도움이 되는 우주 실험실입니다."라고 이탈리아 국립 멜라테 천체물리학 연구소(INAF) 브레라 천문대 연구원이자 새로운 발견을 설명하는 천체물리학 저널 레터스의 논문 주저자인 마리아 크리스티나 바글리오(Maria Cristina Baglio)는 말했습니다.

이 펄서 시스템에 대한 과학자들의 가장 큰 질문은 X선이 어디서 오는가입니다. 답변은 입자 가속, 강착 물리학, 우주의 중성자 별 주변 환경에 대한 더 넓은 이론을 알려줄 것입니다.

광선의 근원은 그들을 놀라게 했습니다. 펄서 바람, 가스, 충격파, 자기장 및 입자의 혼란스러운 혼합물에서 나온 X선이 빛의 속도에 가깝게 가속되어 강착 원반에 부딪혔습니다.

이를 결정하기 위해 천문학자들은 X선과 가시광선의 편광각을 측정해야 합니다. 편광은 광파가 얼마나 조직화되어 있는지를 나타내는 척도입니다. 그들은 우주에서 이러한 측정이 가능한 유일한 망원경인 IXPE를 사용하여 X선 편광을 관찰하고 이를 칠레에 있는 유럽 남부 천문대(European Southern Observatory)의 초거대 망원경(Very Large Telescope)에서 광학 편광과 비교했습니다. 2021년 12월에 발사된 IXPE는 펄서에 대해 많은 관찰을 해왔지만 J1023은 펄서가 탐색한 최초의 시스템입니다.

NASA의 NICER(Neutron Star Interior Composition Explorer)와 Neil Grylls Swift Observatory는 고에너지 빛에서 이 시스템에 대한 귀중한 관측을 제공했습니다. 데이터를 제공하는 다른 망원경으로는 뉴멕시코 주 막달레나에 있는 Carl G. Jansky Very Large Array가 있습니다.

그 결과, 과학자들은 서로 다른 파장의 편광 각도가 동일하다는 사실을 발견했습니다. "이 발견은 우리가 관찰하는 빛이 단일하고 일관된 물리적 메커니즘에 의해 뒷받침된다는 강력한 증거입니다"라고 스페인 바르셀로나에 있는 우주 과학 연구소의 공동 저자인 프란체스코 코티 젤라티(Francesco Coti Zelati)는 말했습니다.

연구원들은 이 설명이 쌍성계의 중성자별 방사선에 대한 기존 견해에 도전한다고 말했습니다. 이전 모델에서는 X선이 강착 원반에서 발생한다고 제안했지만, 새로운 연구에서는 X선이 펄서풍에서 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다.

1차 에너지 엔진으로서의 펄서 풍력

NASA 마샬 천체물리학자이자 앨라배마 주 헌츠빌에 있는 NASA 마샬 우주 비행 센터의 IXPE 수석 연구원인 필립 카렛(Philip Kaaret)은 "IXPE는 고립된 많은 펄서를 관찰했으며 펄서 바람이 X선에 전력을 공급한다는 사실을 발견했습니다."라고 말했습니다. "이러한 새로운 관찰은 펄서 풍력이 시스템 에너지 출력의 상당 부분을 공급한다는 것을 보여줍니다."

천문학자들은 과도기 밀리초 펄서를 계속 연구하고 관찰된 물리학이 다른 펄서 및 펄서 바람 성운의 물리학과 어떻게 비교되는지 평가합니다. Baglio와 Cody Zelati는 이러한 관찰이 펄서 바람이 방사선을 생성하는 방법을 설명하는 이론적 모델을 개선하고 연구자들이 이러한 특별한 우주 시스템에서 작동하는 물리학에 대한 완전한 이해에 더 가까워지는 데 도움이 될 것이라는 데 동의합니다.

/scitechdaily에서 편집됨