감마선 폭발(GRB: Gamma-Ray Burst)은 먼 은하계에서 발생하는 에너지 방출로 인한 감마선이 우주에서 관측되는 현상인데요. 우주에서 관측되는 현상 중 시간당 방출 에너지가 가장 높은 현상입니다. 1967년 소련의 벨라(Vela) 위성에 의해 처음 관측된 이후 감마선 폭발의 실체는 대부분 밝혀지지 않은 상태로 남아있습니다. 그런데, 한국 최초의 달 탐사선 다누리호에 실린 감마선분광기(KPLO Gamma-Ray Spectrometer: KGRS)가 감마선 폭발을 관측한 결과에 대한 연구논문이 최근 발표됐습니다.
감마선 폭발은 우주에서 가장 강력하고 신비로운 현상 중 하나입니다. 우주의 기원과 진화에 대한 이해를 한층 더 깊이 할 수 있는 천체입니다. 특히 감마선 폭발은 초기 우주의 물질 구성과 진화 과정을 연구하는 데 중요한 역할을 하며, 블랙홀의 형성 과정과 성질에 대한 정보를 제공하는 현상으로 연구 가치가 매우 크다고 할 수 있습니다.
한국지질자원연구원(KIGAM) 우주자원개발센터 김경자 박사 연구팀이 발표한 최근 연구논문은 지난 2022년 10월 9일에 발생한 금세기 가장 강력한 감마선 폭발(GRB20221009A)을 측정한 결과를 분석한 내용입니다. 10시간 동안 지속적으로 방출된 것으로 추정되는 광자 에너지는 최대 18TeV(테라전자볼트)에 달했고, 이는 10TeV 이상의 에너지가 관찰된 이후 처음이며, 에너지 구간에 따라 다르지만 감마선은 최대 49배까지 증가한 것으로 나타났습니다.
연구팀은 다누리호 발사 4일째인 2022년 8월 9일부터 감마선 자료를 수집했습니다. KGRS 분광기는 2022년 10월 9일 오후 1시 21분, 25분에 두 차례에 걸쳐 지구로부터 약 151만 km 떨어진 지점에서 감마선 폭발을 감지했습니다. 발생 지점은 약 24억 광년 떨어진 궁수자리로 추정되는데요. 감마선 폭발 진행 시간은 7분입니다. 이는 지구궤도에 위치한 나사(NASA)의 페르미 감마선 우주망원경(Fermi Gamma-ray Space Telescope)에서 측정한 감마선 폭발 연구 결과와 유사합니다. 강력한 감마선의 영향에도 불구하고 KGRS분광기의 훼손은 없는 것으로 확인됐습니다. 이 연구에 활용된 자료는 다누리 자료공개 사이트에서 12월 7일이후 공개된다고 합니다.
감마선분광기는 매 10초마다 감마선 자료를 수집하여 심우주에서 관측 가능한 감마선 폭발, 감마선 백그라운드를 측정하고 있습니다. 현재는 달궤도에서 감마선 관측을 통해 ‘달 우주방사선 환경지도’는 물론 물․산소․헬륨-3․ 등 달 표면의 5개 이상의 원소에 대한 ‘달 표면 원소지도’ 작성을 목표로 하고 있죠.
김경자 센터장은 “이번 연구결과로 행성지질의 탐사용 감마선분광기가 천문역사의 관측에 기여한 첫번째 사례가 됐다.”고 밝히며, “앞으로 우주탐사와 우주자원개발 기술역량 및 자원 확보를 위한 연구에 더욱 집중하여 대한민국의 우주자원탐사 경쟁력을 강화하는데 앞장서겠다.”고 말했습니다. 한편 한국지질자원연구원은 2023년에 우주자원개발분야 전담 조직을 신설하여 미래 먹거리인 우주자원 개발·탐사에 주도적인 역할을 수행하고 있습니다.
논문명: The GRB221009A gamma-ray burst as revealed by the gamma-ray spectrometer onboard the KPLO
