3분 읽기 NASA의 New Horizons 우주탐사기, 한국 태양계의 외부 영역인 퀴퍼 벨트(Kuiper Belt)에서 측정 데이터 제공.
태양계 주변에 더 많은 수소국부(Local) 성간 매체는 추정보다 40% 더 많은 중성 수소를 포함한다
보이지 않는 입자 성운: 우리 태양계는 수소로 구성된 확산 성운에 둘러싸여 있지만 그 밀도는 논란의 여지가 있다.최근 NASA의 뉴 해리즌스(New Horizons) 우주선 데이터가 답을 제공한다.이에 따르면 국부 성간 매체는 예상보다 40% 많은 중성수소를 포함하고 있다.이는 관측과 이론적 모델 사이의 몇 가지 불일치를 설명할 수 있다.
▲ 현지 성간 미디어는 우리 태양계의 자기 거품을 둘러싸고 있다. 현재 연구자들은 이 미디어의 밀도를 결정했다.© NASA/GSFC, conseptualimagelab/WaltFeimer 우리 태양계는 시간당 수만 킬로미터의 속도로 은하수 성간 매체를 통과하지만 우리는 거의 아무것도 깨닫지 못하고 있다. 태양의 자기장은 모든 고에너지로 대전된 입자를 멀리하는 보호 거품처럼 우리를 둘러싸고 있기 때문이다.지금까지 2개의 보이저(Voyager) 우주탐사선만이 이 태양권 바깥쪽 끝에 도달했다. 그들의 데이터는 우리 근처에서 성간 미디어가 어떤 것인지에 대한 초기 정보를 알려준다.
중성수소에서 ‘픽업 이온’으로
성간 이웃 구성에 관한 정보를 얻는 또 다른 방법이 있다.태양 자기장은 하전된 입자를 굴절시키는데, 성간 매질의 절반 이상을 구성하는 중성 수소 원자를 관통한다. 따라서 천체물리학자들은 태양권으로 날아가는 수소 원자의 양에서 우리의 신기한 ‘외부세계’를 추론할 수 있다.
그런데 한 가지 문제점이 있다.외부에서 유입되는 수소 원자는 전기적으로 오랫동안 중성 상태로 유지되지 않고 태양풍과 태양광에 의해 비교적 빠르게 이온화된다. 그래도 이들은 여전히 탐지가 가능하다.”그들은 전자를 잃었지만, 우리는 그들이 중성 원자로로서 우리에게 왔다는 것을 알고 있다”고 Princeton University의 파웰 스와치나(Pawel Swaczyna)는 설명한다. 우리는 이런 픽업 이온을 구체적으로 관찰할 수 있다.”
태양계 외연에서의 첫 번째 측정
문제는 보이저 탐사기에 올바른 측정장치가 탑재돼 있지 않다는 점이다.이것이 지금까지 이런 픽업 이온이 목성 궤도 수준에서 율리시스(Ulesses) 우주탐사선에 의해서만 측정된 이유다.지금까지는 태양권 바깥 경계에서 이런 수소 입자의 작은 부분만 감지할 수 있다. NASA 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 공동저자 에릭 크리스찬(Eric Christian)은 “내부 태양권 픽업 이온은 이미 수십억 킬로미터의 필터링을 거쳤다”고 말했다.
하지만 최근 처음으로 NASA의 New Horizons 우주탐사기가 우리 태양계 외부 영역인 퀴퍼 벨트(Kuiper Belt)에서 측정 데이터를 제공한다. 명왕성을 넘은 곳에서 탐사선은 실제로 태양풍을 위해 이 영역에서 더 에너지가 많은 픽업 이온의 밀도를 측정하기 위해 SWAP 기기를 사용했다. 이 측정 데이터에서 스와치나와 그의 팀은 이제 ‘우리 문 앞에 있는’ 성간 매체에 얼마나 많은 중성수소가 존재해야 하는지를 결정했다.
▲ Interstellar Boundary Explorer(IBEX) 우주선에 대한 아티스트의 개념 예상보다 40% 가까이
결과: 태양권 외부 경계의 중성수소 밀도는 입방센티미터당 0.127원이다.연구진은 이는 이전에 예상했던 것보다 약 40% 많은 수치다. 밀도값은 1리터당 약 120개의 원자에 상당한다. 그동안 Ulesses 측정을 바탕으로 과학자들은 리터당 약 85개의 수소 원자에 해당하는 밀도를 가정했다.
그러나 새로운 결과는 2001년 Voyager2 우주탐사기의 데이터에 의해 뒷받침되고 있다.당시 연구원들은 다른 방법을 사용해 태양권에 들어오는 성간 입자의 양을 결정하려 했다. 이들은 이 수소 유입의 ‘역풍’이 태양풍의 속도를 얼마나 느리게 하는지 확인했고, 이제 직접 측정을 통해 뉴호라이즌스와 매우 유사한 밀도 값에 도달했다.
NASA의 앨리크 포스너(Arik Posner)는 “우리가 오래되고 거의 잊혀진 결과를 확인한 것은 정말 놀라운 일이었다”고 말했다.
“IBEX-Ribbon” 퍼즐 해결
성간 매체의 수정된 밀도는 우리 우주의 이웃이 어떤 것인지를 더 잘 보여줄 뿐만 아니라 이론적 모델과 관측치 사이의 불일치를 해결한다.”40% 높은 밀도는 절대적으로 중요하다”고 Princeton University의 데이비드 맥코머스(David McComas)는 설명한다. 그것은 우리의 태양이 성간 공간의 밀도가 높은 부분에 내장되어 있다는 것을 보여줄 뿐만 아니라 시뮬레이션에서 중대한 오류를 설명하기 때문이다.
▲ IBEX 지도에서 볼 수 있는 ENA 방출 리본에 대한 한 예가 IBEX 임무다.이 NASA 위성은 2009년 우리 태양계 경계지역에 있는 고에너지 입자를 처음 매핑했고, 그 과정에서 놀라운 것을 발견했다. 특히 밀도 높은 눈에 띄는 스트립이다.이 구조는 폭이 수십억 킬로미터, 길이가 100억 킬로미터다. 아무도 그것이 존재한다는 것을 몰랐다고 크리스찬은 설명한다.
당시 모델은 이전 밀도 값을 기반으로 했기 때문에 이 현상을 설명할 수 없었다.그러나 이제 처음으로 천체물리학자가 모델과 천문 관측을 조화시킬 수 있다. (The Astrophysical Journal, 2020; doi: 10.3847/1538-4357/abb80a)
출처 : NASA http://www.thescienceplus.com/news/newsview.php?ncode=10656209258376663 분 읽기 NASA의 New Horizons 우주탐사선, 한국 태양계 외부 영역인 퀴퍼 벨트(Kuiper Belt)에서 측정 데이터 제공.www.thescienceplus.com