전례 없는 감마선 폭발, 중간질량 블랙홀의 흔적일까

지난 7월 2일, 천문학자들은 감마선 폭발 연구사에 전례 없는 장면을 목격했다. 평소라면 단 한 번의 섬광으로 끝나는 감마선 폭발(GRB)이 그날은 달랐다. ‘GRB 250702B’라 명명된 이 사건은 하루 동안 여러 차례 치솟는 불꽃처럼 감마선을 쏘아 올리며, 규칙적인 맥박을 가진 듯한 반복 신호를 보여줬다.

특징은 지속 시간과 강도 모두에서 두드러졌다. 보통 수 밀리초에서 수 분 안에 사라지는 GRB가 이번에는 24시간 가까이 이어졌고, 각 폭발의 위력은 기존 사례와 맞먹을 정도였다. 주기성을 띠는 패턴까지 겹치자, 연구자들은 기존 이론만으로는 설명이 불가능한 완전히 새로운 유형의 우주 폭발과 마주한 셈이 됐다.

별의 붕괴인가, 블랙홀의 포식인가

감마선 폭발은 우주에서 가장 강력한 폭발 현상으로, 태양보다 수십 배 무거운 별이 수명을 다하거나 두 중성자별이 충돌할 때 발생한다. 일반적으로 지속 시간은 수 밀리초에서 수 분에 불과하고, 폭발을 일으킨 천체는 완전히 파괴되기 때문에 다시 폭발하지 않는다. 그러나 이번 사건은 무려 하루 동안 이어졌고, 여러 차례 신호가 반복되는 특이한 패턴을 보여 기존 50년간의 연구 사례와는 전혀 다른 양상을 드러냈다.

GRB 250702B는 NASA 페르미 감마선 우주망원경과 중국·유럽 공동의 아인슈타인 프로브가 처음 포착했다. 이후 유럽남방천문대의 초거대망원경(VLT) 관측으로 정확한 위치가 확인됐고, 허블우주망원경 분석 결과 폭발이 은하수 내부가 아닌 수십억 광년 떨어진 외부 은하에서 발생한 것으로 밝혀졌다. 이는 방출된 에너지가 우리가 예상했던 것보다 훨씬 더 크다는 뜻이다.

연구진은 이 폭발을 설명하기 위해 두 가지 시나리오를 제시했다. 하나는 태양 질량의 약 40배에 달하는 거대한 별이 특수한 방식으로 붕괴해 중심부가 장시간 활동했을 가능성이다. 또 다른 해석은 블랙홀이 별을 강한 중력으로 찢어 삼키는 조석파괴 사건이다. 특히 후자의 경우, 지금까지 가설로만 존재하던 중간질량 블랙홀을 이해하는 데 중요한 사례가 될 수 있다는 점에서 의미가 크다.

GRB는 보통 수 초 이내 사라지지만 이번 사건은 100~1000배 더 길게 이어졌다. 연구팀은 현재 제임스웹우주망원경과 VLT의 분광기를 활용해 잔광을 추적하며 정확한 거리와 총 에너지를 분석하고 있다. 이러한 후속 관측은 폭발의 본질을 규명하는 핵심 과정이 될 전망이다.

안토니오 마르틴-카릴로 박사(UCD)는 “이번 사건은 지난 50년간 기록된 감마선 폭발과는 성격이 완전히 다르다”며 “우주에서 일어나는 극한 폭발의 새로운 모습을 이해하는 데 중요한 전환점이 될 것”이라고 말했다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr

참조 논문: Andrew J. Levan et al, The Day-long, Repeating GRB 250702B: A Unique Extragalactic Transient, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/adf8e1

자료: Astrophysical Journal Letters