NASA IXPE 망원경, 희귀 펄서 비밀 풀었다

국제 천문학 연구진이 희귀한 펄서의 미스터리를 해결했다. 펄서는 폭발한 별에서 남은 중성자별이 빠르게 회전하며 강력한 빛을 방출하는 천체다. 마치 우주의 등대처럼 일정한 간격으로 빛의 신호를 우주 공간에 보내는 존재다.

이번 연구는 NASA의 IXPE(X선 편광 이미징 탐사선)를 비롯한 다양한 첨단 망원경 관측을 통해 이루어졌다. 연구진은 PSR J1023+0038(J1023)이라는 독특한 펄서 시스템을 조사했다. J1023 펄서는 작은 짝별에서 물질을 빨아들여 주변에 원반 형태의 ‘강착 원반’을 만든다. 이 과정에서 X선을 방출하기도 하고, 때로는 활동을 멈추고 전파만 조용히 방출하는 특별한 성질이 있다. 이 때문에 ‘과도기 밀리초 펄서’로 불린다. 이탈리아 국립천체물리연구소(INAF)의 마리아 크리스티나 바글리오 박사는 “이 펄서 시스템은 중성자별이 쌍성계에서 어떻게 진화하는지를 알려주는 귀중한 우주 실험실”이라고 말했다.

IXPE, 펄서 방출 X선의 정체 첫 규명

연구진은 이 펄서 시스템에서 나오는 강력한 X선의 정확한 기원을 찾는 데 집중했다. X선의 기원을 알면 중성자별 주변에서 일어나는 물리 현상과 입자 가속 메커니즘을 더 잘 이해할 수 있기 때문이다. 연구 결과, X선은 강착 원반이 아니라 펄서 자체에서 나오는 ‘펄서 바람’이 원천이었다. 펄서 바람은 빛의 속도에 가깝게 움직이는 입자, 자기장, 충격파가 혼합된 강력한 흐름으로, 강착 원반과 충돌하며 강렬한 X선을 생성했다.

연구팀은 IXPE 망원경의 X선 편광 데이터와 칠레의 유럽남방천문대(ESO) 초대형 망원경(VLT)의 가시광선 편광 데이터를 비교해 이 사실을 확인했다. NASA의 NICER, Neil Gehrels Swift 관측소, 미국 뉴멕시코의 칼 얀스키 초대형 전파망원경(VLA)도 중요한 데이터를 제공했다. 모든 관측 파장에서 편광 방향이 정확히 일치한 점은 이번 연구의 결정적 증거가 됐다. 스페인 우주과학연구소의 프란체스코 코티 젤라티 박사는 “이번 발견은 모든 빛이 하나의 물리적 과정에서 만들어졌다는 명백한 증거”라고 밝혔다.

기존 이론에 도전장, 중성자별 시스템 에너지 흐름 ‘흔들’

이번 연구는 기존의 “X선은 주로 강착 원반에서 방출된다”는 정설에 정면으로 반박하는 결과다. 지금까지는 중성자별 주변의 강착 원반이 X선 복사의 주요 근원으로 여겨졌지만, IXPE와 다파장 망원경들의 정밀 관측 결과, 펄서 바람이 주요 에너지원이라는 새로운 증거가 제시됐다. 펄서 바람은 고속으로 가속된 입자 흐름과 자기장이 얽힌 복잡한 구조로, 이번 연구는 이 바람이 강착 원반과 충돌하며 X선을 유발한다는 점을 처음으로 명확히 규명했다.

이번 발견은 중성자별 시스템 내 에너지 흐름을 설명하는 기존 이론의 틀을 흔들고 있다. NASA 마셜우주비행센터의 필립 카렛 박사는 “이번 IXPE의 관측은 펄서 바람이 중성자별 주변 환경에서 가장 중요한 에너지 공급원임을 다시 한번 확인해준 결정적 단서”라고 강조했다. NASA 마셜우주비행센터의 필립 카렛 박사는 “이번 IXPE의 관측을 통해 펄서 바람이 중성자별 주변 환경에서 가장 중요한 에너지 공급원임을 다시 한번 확인했다”고 말했다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr

참고 논문: Maria Cristina Baglio et al, Polarized Multiwavelength Emission from Pulsar Wind—Accretion Disk Interaction in a Transitional Millisecond Pulsar, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/add7d2

자료 : Astrophysical Journal Letters / NASA