우주의 초기 별 형성 시대로 거슬러 올라가는 기록 갱신 전파 폭발

약 천분의 일 초 동안 지속된 전파 신호가 2026년 10월 과학 저널 'Science'에 발표된 연구에 따르면 지금까지 측정된 가장 먼 고속 전파 폭발(FRB)이 되었습니다. FRB 20240304B로 지정된 이 폭발은 지구에 도달하기 전에 100억 년 이상을 여행했으며, 우주가 약 30억 년의 나이였을 때 발생했습니다.

무엇이 감지되었고, 어떻게

폭발은 2024년 3월 4일 남아프리카의 MeerKAT 전파 망원경 어레이의 MeerTRAP 장비에 의해 처음 포착되었습니다. 고속 전파 폭발은 물리적 기원이 여전히 논쟁 중인 짧고 강한 전파 섬광입니다. 수천 개가 기록되었지만, 호스트 은하가 확인된 것은 극히 일부입니다.

신호가 얼마나 멀리 여행했는지 파악하기 위해 시드니 대학교의 마니샤 칼렙이 이끄는 연구팀은 NASA의 제임스 웹 우주망원경으로 눈을 돌렸습니다. 웹의 NIRCam 장비는 희미한 호스트 은하를 찾아냈고, NIRSpec 장비는 은하의 적색편이를 2.148로 측정했습니다. 이는 천문학자들이 우주 거리와 빛이 방출된 당시 우주의 나이를 계산하는 데 사용하는 값입니다. 이 적색편이는 폭발의 기원이 빅뱅 이후 약 30억 년 후에 위치하도록 배치하며, 이는 '우주의 정오'라고 불리는 시기로, 우주 전역의 별 형성이 절정에 달한 시기입니다.

phys.org의 연구 보도에 따르면 이 결과는 이전 FRB 거리 기록을 2배 이상 초과합니다.

예상보다 훨씬 작은 은하

호스트 은하 자체가 가장 큰 놀라움이었습니다. 칼렙과 그의 동료들은 이전에 확인된 많은 FRB 호스트들과 유사한 크고 잘 발달된 은하를 예상했습니다. 대신 웹의 이미지와 스펙트럼은 일반적인 FRB 호스트보다 약 1,000배 이상 질량이 적은 왜소 은하를 드러냈습니다. 이 은하는 무거운 원소가 적고 강렬한 별 형성의 한 가운데 있습니다. NASA의 조사 결과 요약에 따르면 그 항성 질량의 약 90%가 지난 3,000만 년 이내에 형성되었습니다.

phys.org에 보도된 별도의 성명에서 칼렙은 폭발이 우주가 약 30억 년의 나이였을 때의 시간으로부터 포착되었다고 말했으며, 연구자들은 수십억 년에 걸쳐 여행한 물질을 연구하기 위해 그 짧은 전파 섬광을 사용했다고 덧붙였습니다. 이는 FRB가 먼 초기 우주의 탐사 수단으로 어떻게 사용될 수 있는지를 강조합니다.

호스트 은하가 FRB 이론에 중요한 이유

고속 전파 폭발은 단일의 확인된 발생 원인을 가지고 있지 않습니다. 주요 설명은 마그네타(극도로 강한 자기장을 가진 젊은 중성자별로, 일반적으로 최근의 초신성에 의해 생성)와, 별도로 두 개의 더 오래된 중성자별의 최종적 합병을 포함합니다. 이 과정은 은하의 별이 형성된 후에 발생하기까지 훨씬 더 오랜 시간이 소요됩니다.

FRB 20240304B의 호스트 은하가 너무 어리고 여전히 빠르게 별을 형성하고 있기 때문에, 연구팀은 이 폭발에 대해 마그네타 설명을 지지합니다. NASA의 연구 보도에 따르면 젊고 고도로 자성화된 중성자별이 이와 같은 별 형성 은하의 인근 초신성 후에 빠르게 형성될 수 있지만, 중성자별 합병 시나리오는 일반적으로 별 형성이 시작된 후 더 긴 지연이 필요합니다.

불확실하게 남아있는 것

이 연구는 FRB 20240304B를 지금까지 확인된 호스트 은하 적색편이를 가진 가장 먼 FRB로 식별하지만, 연구자들은 단일 사례가 고속 전파 폭발의 원인에 대한 광범위한 논쟁을 해결할 수 없다고 경고합니다. 저자들은 이 발견이 은하의 별 형성과 FRB를 생성할 수 있는 그 능력 사이에 거의 지연이 필요하지 않음을 보여준다고 지적하지만, 우주의 다른 곳에서 관측된 다양한 폭발에 대한 다른 전구 모델을 배제하는 것을 피합니다.

NASA와 phys.org의 논문 보도에 따르면 연구팀은 시드니 대학교의 테미야 나나야카라와 로라 드리센, 맨체스터 대학교의 벤 스태퍼스, 그리고 칼렙으로 구성되었습니다.