우주선의 광대한 에너지 원천에 대한 새로운 발견

블랙홀과 중성자별 근처의 소용돌이 치는 환경과 같은 극한의 천체물리적 환경에서 나오는 초고에너지 우주선은 우리 태양에서 나오는 고에너지 입자보다 훨씬 더 많은 에너지를 가지고 있습니다. 사실, 이러한 에너지 흐름을 구성하는 입자는 지구상에서 가장 극단적인 입자 환경인 인공 대형 강입자 충돌기에서 가속된 입자의 약 1천만 배의 에너지를 가지고 있습니다.

그 모든 에너지는 어디에서 오는가? 수년 동안 과학자들은 그것이 극한의 천체물리적 환경에서 발생하는 충격에서 온다고 믿었습니다. 예를 들어, 별이 블랙홀을 형성하기 전에 폭발하여 입자를 걷어차는 거대한 폭발을 일으키는 경우입니다.

그 이론은 타당했지만, 이번 주 The Astrophysical Journal Letters 에 발표된 새로운 연구에 따르면, 관찰 결과는 다른 메커니즘으로 더 잘 설명됩니다. 연구자들은 우주선 에너지의 원천이 자기 난류일 가능성이 더 높다는 것을 발견했습니다. 논문의 저자들은 이러한 환경의 자기장이 얽히고 회전하여 입자를 빠르게 가속하고 에너지를 급격히 증가시켜 갑자기 끊어진다는 것을 발견했습니다.

"이러한 발견은 천체물리학자와 입자물리학자 모두에게 큰 관심사인 우주선이 어떻게 에너지를 얻는지에 대한 지속적인 의문을 해결하는 데 도움이 됩니다." 컬럼비아 천체물리학 연구실의 연구 과학자이자 논문의 저자 중 한 명인 루카 코미소의 말입니다.

이 논문은 작년에 코미소와 공동 연구자들이 태양의 고에너지 입자에 관해 발표한 연구를 보완하는데, 그들은 이 입자들이 태양 코로나의 자기장에서 나온다는 사실도 발견했습니다. 그 논문에서 코미소와 그의 동료들은 고에너지 입자가 어디에서 나올지 더 잘 예측하는 방법을 발견했습니다.

초고에너지 우주선은 태양의 고에너지 입자보다 몇 배나 더 강력합니다. 최대 10 20 전자볼트에 도달할 수 있는 반면, 태양의 입자는 최대 10 10 전자볼트에 도달할 수 있으며, 이는 10배의 차이입니다. (이러한 엄청난 규모의 차이에 대한 아이디어를 얻으려면, 약 0.05그램의 무게를 가진 쌀 한 톨과 세계에서 가장 큰 여객기인 500톤 에어버스 A380의 무게 차이를 생각해 보세요.) "이 두 가지 매우 다른 환경이 공통점을 공유한다는 것은 흥미롭습니다. 자기장이 매우 얽혀 있고, 이러한 얽힌 특성은 입자에 에너지를 공급하는 데 필수적입니다." 코미소가 말했습니다.

"놀랍게도 초고에너지 우주선에 대한 데이터는 충격 가속도보다 자기 난류에 대한 예측을 분명히 선호합니다. 이것은 이 분야에서 진정한 돌파구입니다." 논문의 저자이자 뉴욕 대학교 물리학 교수인 Glennys R. Farrar의 말입니다.

이 연구는 미국 국립과학재단의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241210142040.htm