우주가 남긴 한 번의 섬광 – 비반복형 FRB, 기록적 탐색에도 전파 흔적 없었다

밤하늘 어디선가 단 몇 밀리초 동안 태양이 수일간 내뿜는 에너지가 쏟아져 들어온다면 어떤 모습일까. 고속전파폭발(FRB)은 바로 그런 사건이다. 전파망원경에 ‘찰칵’ 하고 찍히듯 번쩍 나타났다 사라지는 이 신호는 지금까지도 정체가 불분명하다. 일부는 같은 자리에서 여러 번 포착되지만, 또 다른 일부는 단 한 차례만 터지고 감쪽같이 사라진다. 반복형과 비반복형, 두 부류가 같은 뿌리에서 비롯된 것인지, 아니면 전혀 다른 과정을 거친 것인지 천문학자들은 여전히 탐색 중이다.

FRB 연구의 핵심 쟁점

FRB는 관측 가능한 우주 현상 가운데 가장 극단적인 범주에 속한다. 불과 눈 깜짝할 사이, 태양 수일치의 에너지가 전파 형태로 방출된다. 2007년 첫 발견 이후 연구는 전 세계 대형 전파망원경으로 급속히 확산되었다. 문제는 이 신호가 너무 짧고 불시에 나타나, 놓치면 다시 포착할 기회를 기대하기 어렵다는 점이다.

현재까지 확인된 FRB는 두 가지 양상으로 나뉜다. 같은 위치에서 여러 차례 발생하는 ‘반복형 FRB’는 장기간 추적이 가능해 비교적 많은 정보를 남긴다. 실제로 일부 반복형에서는 폭발뿐 아니라 상시적인 전파 방출도 함께 관측돼, 초신성 잔해나 강력한 자기장을 가진 환경이 존재할 가능성이 제기되었다. 반대로 ‘비반복형 FRB’는 단 한 번의 폭발로 끝나며, 이후의 단서는 거의 남지 않는다. 왜 어떤 FRB는 되풀이되고, 어떤 FRB는 한 번으로 사라지는지, 그 차이가 가장 중요한 의문으로 떠올라 있다.

따라서 비반복형 FRB의 폭발 이후 환경을 직접 확인하는 일은 이 수수께끼를 풀 핵심 실험대가 된다. 이번 FRB 20250316A가 주목받는 이유도 여기에 있다. 기록적으로 강력했고, 지구와의 거리도 비교적 가까워 폭발 뒤에 남았을지 모를 미약한 전파 흔적을 추적할 수 있는 드문 기회를 제공했다.

기록적 탐색, 그러나 전파 흔적은 없었다

중국과학원 상하이천문대와 중국과학기술대 연구팀은 초거대 전파망원경(VLA)을 이용해 FRB 20250316A를 정밀 관측했다. 이 폭발은 극도로 밝았고 지구와의 거리도 비교적 가까워, 후속 탐색의 최적 사례였다. 연구팀은 폭발 직후 한 달 동안의 데이터를 분석해 15GHz에서 2.8µJy(1시그마)라는 상한선을 제시했으며, 이는 지금까지 비반복형 FRB를 대상으로 한 가장 민감한 기록이다. 그러나 이 민감도에도 불구하고 지속 전파원은 전혀 발견되지 않았다. 두 달 뒤 캐나다 CHIME 협력단이 9.9GHz 대역에서 진행한 독립 관측 역시 같은 결과를 확인했다.

이는 곧 FRB 20250316A 주변 환경이 장기간 전파 방출을 일으킬 만큼 복잡하지 않음을 보여준다.

배제된 이론, 좁혀지는 기원

이번 비검출은 반복형 FRB 설명에 자주 등장하는 마그네타 성운 모델을 비반복형에 적용하기 어렵다는 사실을 드러낸다. 성운 모델은 초신성 잔해 주변에서 고에너지 전파가 오랫동안 이어진다고 가정하지만, 이번 사례에서는 그런 징후가 전혀 나타나지 않았다. 그 대신 중성자별 병합이나 고립된 마그네타의 거대 섬광처럼 저밀도 환경에서 일어나는 사건이 더 설득력 있는 후보로 남는다. 이런 환경에서는 장기적인 전파 방출이 발생하기 어렵기 때문에, 이번의 ‘침묵’과 부합한다.

이 결과는 비반복형과 반복형 FRB가 동일한 과정보다 서로 다른 발생 경로를 거칠 수 있음을 강조한다. 더 많은 사례가 축적된다면, FRB의 두 부류가 우주 극한 환경에서 별의 진화가 어떻게 전개되는지를 구분하는 실질적 지표가 될 수 있다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr

참조 논문: Tao An et al, A Deep VLA Search for a Persistent Radio Counterpart to the One-off FRB 20250316A, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae0324

자료: Astrophysical Journal Letters