80억 광년 밖 심우주에서 온 정체불명의 신호

멈추지 않는 비범한 폭발

2025년 7월 2일, NASA의 Fermi 감마선 우주망원경은 처음에는 심우주에서 온 또 다른 일상적인 섬광처럼 보이는 신호를 포착했습니다. 감마선 폭발에서 전형적으로 나타나는 몇 초간의 짧은 섬광 대신, 탐지기에는 약 7시간 동안 켜졌다 꺼졌다를 반복하는 신호가 기록되었습니다. 현재 GRB 250702B로 분류된 이 강렬하고 간헐적인 신호는 이후 약 80억 광년 떨어진 먼지투성이 은하에서 발생한 것으로 확인되었으며, 강렬한 감마선과 기타 고에너지 방출이 섞여 있어 연구자들이 기존의 이론을 넘어선 설명을 찾게 만들고 있습니다.

기존 모델을 벗어난 사건

감마선 폭발(GRB)은 크게 두 가지 범주로 나뉩니다. 2초 미만으로 지속되는 단기 폭발과 보통 몇 초에서 몇 분까지 지속되는 장기 폭발입니다. 그러나 GRB 250702B는 이러한 한계를 극적으로 깨뜨렸습니다. 켜졌다 꺼졌다를 반복하는 패턴과 수 시간의 지속 시간은 지금까지 학계에서 교과서적인 사례로 다루어 온 그 어떤 것과도 다릅니다. 2025년 11월 26일 The Astrophysical Journal Letters에 발표된 논문의 주저자인 Jonathan Carney는 관련 자료에서 "이것은 인류가 관측한 가장 긴 감마선 폭발이었으며, 기존의 감마선 폭발 발생 모델로는 설명할 수 없을 만큼 길었습니다"라고 밝혔습니다.

Fermi의 발견 이후 집중적인 후속 관측 캠페인이 이어졌습니다. 칠레와 하와이의 Gemini 망원경, 유럽남방천문대의 Very Large Telescope(VLT), W. M. Keck 천문대, 그리고 Hubble 우주망원경을 포함한 지상 및 우주 시설들이 해당 영역에 집중되었습니다. 호스트 은하에 먼지가 매우 많았기 때문에 가시광선은 대부분 차단되었으며, 천문학자들은 이 사건의 위치를 파악하고 환경을 연구하기 위해 적외선 및 고에너지 X선 측정에 의존했습니다.

이러한 관측 결과, 약 80억 광년의 우주론적 거리에 있는 먼지 감쇠가 심한 호스트 은하가 지목되었습니다. 폭발과 그 잔광에 대한 모델링에 따르면, 물질이 광속의 최소 99%에 달하는 상대론적 속도로 방출되었으며, 좁은 제트에 집중된 채 우연히 지구 방향을 향하고 있었습니다. 강력한 제트와 조밀한 성주위 물질의 조합은 해석을 어렵게 만드는 요인 중 하나입니다. 신호가 우리 기기에 포착되기 위해서는 가스인 동시에 먼지로 이루어진 두꺼운 장막을 뚫고 나와야 했기 때문입니다.

세 가지 주요하지만 결론지을 수 없는 시나리오

연구팀은 원칙적으로 이러한 장기 고에너지 분출을 일으킬 수 있는 세 가지 광범위한 시나리오를 제시했지만, 아직 데이터와 완벽하게 일치하는 시나리오는 없다고 강조했습니다.

• 장기 콜랩서(질량이 큰 별의 죽음): 표준 장기 GRB 모델에서는 빠르게 회전하는 거대 질량 별이 붕괴하여 블랙홀이나 마그네타를 형성하고 별을 관통하는 제트를 생성합니다. 만약 중심 엔진이 예상보다 훨씬 오랫동안 활성 상태를 유지한다면(아마도 항성 물질의 강착이 특이하고 장기적인 방식으로 진행되기 때문에), 수 시간 동안 감마선 방출을 지속할 수 있습니다. 그러나 현재의 콜랩서 계산으로는 그렇게 긴 시간 동안 필요한 엔진 출력을 유지하는 데 어려움이 있습니다.
• 별을 삼키는 블랙홀(조석 파괴 현상과 유사한 사건): 초거대 블랙홀이 별을 갈기갈기 찢는 현상(조석 파괴 현상)은 긴 고에너지 플레어를 생성할 수 있지만, 이러한 시스템은 보통 은하 중심에 위치하며 고전적인 GRB와는 다른 스펙트럼 및 시간 특성을 가집니다. 소형 블랙홀이 조밀한 별을 삼키거나 은하 중심이 아닌 위치에서 이례적인 조석 파괴가 발생하면 장기적인 활동이 나타날 수 있지만, 현재 데이터로는 그러한 구조를 확인하기 어렵습니다.
• 헬륨성-블랙홀 병합: 이 시나리오에서는 조밀한 블랙홀이 거대한 헬륨성의 핵으로 나선형으로 빨려 들어가 중심부에 도달할 때 폭발적인 강착을 일으킵니다. 일부 수치 실험에 따르면, 블랙홀이 별의 외층을 뚫고 들어가 궁극적으로 핵을 집어삼키는 과정에서 장기적인 제트 활동이 발생할 수 있습니다. 이 시나리오는 긴 지속 시간을 밀집된 먼지투성이 항성 외포층과 자연스럽게 연결시킨다는 점에서 매력적이지만, 상세한 광도 곡선과 관측된 스펙트럼과 일치하는 시뮬레이션 결과가 나오기 전까지는 추측 단계에 머물러 있습니다.

이 신호가 헤드라인 이상의 가치를 갖는 이유

GRB 250702B는 중성자별과 블랙홀 같은 밀집 천체가 주변 환경과 상호작용하는 한계를 시험하기 때문에 중요합니다. 각각의 후보 설명은 서로 다른 물리적 영역을 탐구합니다. 즉, 붕괴하는 별 내에서 강착하는 블랙홀의 후기 행동, 항성 파괴 및 유입의 역학, 그리고 항성 외포층 내부에서의 밀집 천체 병합의 유체역학 등입니다. 단 하나의 잘 관측된 특이 사례만으로도 이론가들은 모델을 다듬거나 이전에 무시했던 물리적 요소를 추가해야 할 수도 있습니다.

실질적으로 이번 사건은 조정된 신속한 후속 관측이 얼마나 중요한지 보여줍니다. Fermi의 감마선 탐지가 시작을 알렸지만, 가시광선에서 폭발을 숨겼던 호스트 은하와 감쇠 특성을 규명할 수 있었던 것은 전 세계의 광학/적외선 망원경과 우주 망원경들의 협력 덕분이었습니다. 초기 보고에서는 라디오파 및 중성미자 시설이 크게 부각되지 않았지만, 저자들과 다른 연구 그룹들은 보관된 라디오 데이터를 샅샅이 뒤지고 목표 관측을 예약할 가능성이 높습니다. 라디오파 대응 천체는 팽창하는 충격파 전선을 추적하고 후기 단계의 에너지 예산을 제한할 수 있기 때문입니다.

향후 단계와 남은 과제

연구자들은 보관된 데이터와 새로 들어오는 데이터에서 유사한 장기 폭발을 계속 탐색할 것이며, 펄스 패턴과 파장별 스펙트럼을 재현하기 위한 전용 시뮬레이션을 수행할 것입니다. 만약 GRB 250702B가 알려진 기원 천체의 극단적인 사례(이례적으로 긴 엔진 활동을 가진 콜랩서)를 나타낸다면, 이 사건은 거대 질량 별 죽음의 가변성에 대해 많은 것을 알려줄 것입니다. 반대로 만약 이것이 희귀한 병합이나 조석 사건과 같은 전혀 다른 종류의 기원 천체를 나타낸다면, 고에너지 일시 현상 천문학의 새로운 장을 열게 될 것입니다.

출처

• The Astrophysical Journal Letters (GRB 250702B 관련 논문)
• NASA — Fermi 감마선 우주망원경
• Gemini 천문대 (칠레 및 하와이)
• 유럽남방천문대 — Very Large Telescope
• W. M. Keck 천문대
• Hubble 우주망원경
• NOIRLab / NSF / AURA