초거대 라디오 헤일로 발견…은하단 전체 뒤덮은 사상 최대 전파 구조

우주에서 은하들은 수백 개에서 수천 개씩 모여 거대한 은하단(galaxy cluster)을 이룬다. 은하단 내부는 별과 은하뿐 아니라 수억 도에 이르는 고온 플라즈마로 가득 차 있으며, 그 속에서 발생하는 충격파와 소용돌이로 인해 전자가 가속돼 전파(라디오파)를 방출하는 특이한 구조가 형성된다. 이번에 천문학자들은 관측 사상 가장 큰 규모의 라디오 헤일로(radio halo)를 발견했다. 그 크기는 약 2천만 광년으로, 우리 은하 지름의 20배에 달한다.

은하단 전체 뒤덮은 초거대 라디오 헤일로

미국 알래스카에서 열린 미국천문학회(AAS 2025) 학술대회에서 Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian(CfA) 연구팀은 새로운 연구 결과를 발표했다. 이번에 관측된 초대형 라디오 헤일로는 지구에서 약 50억 광년 떨어진 PLCK G287.0+32.9 은하단에서 발견됐다. 기존에는 이 은하단 외곽에서 두 개의 강한 라디오 유물(radio relic)만 확인되었지만, 최신 전파 관측에서는 은하단 전체를 감싸는 희미한 라디오 빛이 검출됐다. 그 규모는 약 2천만 광년으로, 이전 기록을 보유한 Abell 2255(약 1,630만 광년)를 넘어선다.

이번 관측의 중요한 성과는 중심부 약 1,140만 광년 크기의 라디오 헤일로가 2.4GHz 주파수대에서 관측됐다는 점이다. 이는 일반적으로 노화된 전자가 에너지를 잃어 고주파에서는 전파가 잘 검출되지 않는다는 기존 상식과 다르다. 연구팀은 “은하단 내 거대한 충격파와 소용돌이가 전자를 지속적으로 재가속시키는 과정이 작동하고 있을 가능성이 높다”고 설명했다. 이는 은하단 병합이나 초대질량 블랙홀 폭발 등이 원인이 될 수 있다고 보고 있다.

충격파·소용돌이가 만든 전자 재가속 현상

이번 발견은 우주에서 가장 거대한 구조인 은하단 내에서 자기장이 어떻게 형성되고 진화하는지 연구하는 데도 중요한 단서를 제공한다. 라디오 헤일로는 전자와 자기장이 상호작용하며 발생하는데, 그 범위가 은하단 전체로 확장됐다는 것은 은하단 규모에서의 자기장 구조가 예상보다 훨씬 복잡하고 역동적임을 시사한다.

CfA의 주 저자인 카말레시 라즈푸로힛(Kamlesh Rajpurohit) 박사는 “우주를 지금까지와는 다른 방식으로 보기 시작했다”며 “에너지와 물질이 우주의 가장 큰 구조 안에서 어떻게 이동하는지에 대한 기존 이해를 재고해야 할 시점”이라고 말했다. NASA 찬드라 X선 관측 결과에서도 은하단 내부 가스에서 거대한 충격파와 꼬리 모양의 구조가 포착돼, 전파 관측 결과와 일치하는 증거로 해석되고 있다.

이번 연구는 우주 자기장, 은하단 역학, 그리고 라디오 방출 메커니즘 연구에 중요한 전환점을 마련한 발견으로 평가된다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr

참고 논문: K. Rajpurohit et al, Radial Profiles of Radio Halos in Massive Galaxy Clusters: Diffuse Giants Over 2 Mpc, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2505.05415

자료: Astrophysical Journal  , arXiv / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics