전파원
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1. 개요
전파원은 전파를 방출하는 천체를 의미하며, 1932년 칼 잰스키에 의해 은하수 중심부에서 최초로 탐지되었다. 태양, 목성, 가니메데 등 태양계 내 천체와 은하 중심, 초신성 잔해, 펄서, 나선 은하, 전파 은하, 퀘이사 등 우리 은하 및 외부 은하의 다양한 천체들이 전파원으로 확인되었다. 또한, 아직 관측되지 않은 원시 블랙홀이나 외계 지적 생명체 탐사(SETI) 프로젝트를 통해 전파원을 탐색하려는 시도도 이루어지고 있다. 전파 천문학은 새로운 현상 발견에 기여하며, 우주에 대한 이해를 넓히는 데 중요한 역할을 한다.
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2. 역사
1932년, 미국의 물리학자이자 라디오 공학자인 칼 잰스키가 은하수 중심부에서 정체불명의 전파원을 탐지했다. 이는 우주 공간에서 전파가 감지된 최초의 사례였다.[1] 그로테 레버는 최초의 전파 하늘 조사를 수행하여 1941년에 완료했다. 1970년대에는 은하수 내 일부 별들이 전파 방출원임이 밝혀졌는데, 가장 강력한 것 중 하나는 독특한 쌍성인 MWC 349였다.[2]
2. 1. 초기 역사
1932년, 미국의 물리학자이자 라디오 공학자인 칼 잰스키는 은하수 은하 중심부에서 정체불명의 전파원을 탐지했다. 잰스키는 벨 연구소에서 전파 간섭의 기원을 연구하던 중, 결국 외계에서 온 것으로 결론 내린 "...정체불명의 꾸준한 잡음형 정적"을 발견했다. 이는 우주 공간에서 전파가 감지된 최초의 사례였다.[1] 최초의 전파 하늘 조사는 그로테 레버가 수행했으며 1941년에 완료되었다. 1970년대에는 은하수 내 일부 별들이 전파를 방출한다는 사실이 밝혀졌는데, 가장 강력한 전파 방출원 중 하나는 독특한 쌍성인 MWC 349였다.[2]2. 2. 발전 과정
1932년, 미국의 물리학자이자 라디오 공학자인 칼 잰스키는 은하수 은하 중심부에서 정체불명의 전파원을 탐지했다. 잰스키는 벨 연구소에서 전파 간섭의 기원을 연구하던 중, 결국 외계에서 온 것으로 결론 내린 "...정체불명의 꾸준한 잡음형 정적"을 발견했다. 이는 우주 공간에서 전파가 감지된 최초의 사례였다.[1] 그로테 레버는 1941년에 최초로 전파 하늘 조사를 완료했다. 1970년대에는 은하수 내 일부 별들이 전파를 방출한다는 사실이 밝혀졌는데, 그중 가장 강력한 것은 독특한 쌍성인 MWC 349였다.[2]3. 전파원의 종류
태양은 가장 가까운 별로서, 파장 1미터 이하의 전파를 포함한 모든 주파수에서 가장 강력한 방사원이다.[3]
태양 외에도 다양한 종류의 전파원이 존재한다.
- 태양계 내 전파원: 목성과 그 위성인 이오, 가니메데에서 전파가 발생한다.[4] 가니메데에서는 FM 라디오 신호가 감지되기도 했다.[5][6]
- 우리 은하 내 전파원: 은하 중심의 궁수자리 A*, 초신성 잔해(카시오페이아 A, 게 성운 등), 펄서, 별 탄생 영역의 분자, 나선 은하의 중성 수소와 일산화 탄소 구름 등이 있다.
- 우리 은하 외부 전파원: 전파 은하(센타우루스자리 A, M87 등), 퀘이사(3C 273 등), 병합하는 은하단, 고속 전파 폭발(FRB) 등이 있다.
- 아직 관측되지 않은 전파원: 빅뱅 직후 생성된 것으로 추정되는 원시 블랙홀의 호킹 복사, 외계 지적 생명체의 전파 통신 신호 등이 있다.
3. 1. 태양계 내 전파원
태양은 300 MHz (파장 1 m)의 무선 스펙트럼까지 대부분의 주파수에서 가장 밝은 전파원이다. 태양이 조용할 때는 우주 배경 복사의 은하 배경 잡음이 더 긴 파장에서 우세하다. 지자기 폭풍이 발생하는 동안 태양은 이러한 낮은 주파수에서도 우세하게 된다.[3]목성의 자기권에 갇힌 전자의 진동은 강한 전파 신호를 생성하며, 특히 데시미터 대역에서 밝게 나타난다. 목성의 자기권은 행성의 극지방에서 발생하는 강력한 전파 방출의 원인이다. 목성의 위성 이오의 화산 활동은 가스를 목성의 자기권으로 주입하여 행성 주위에 입자 토러스를 생성한다. 이오가 이 토러스를 통과하면서 상호 작용은 이온화된 물질을 목성의 극지방으로 운반하는 알벤파를 생성한다. 그 결과, 사이클로트론 메이저 메커니즘을 통해 전파가 생성되고 에너지는 원뿔 모양의 표면을 따라 방출된다. 지구가 이 원뿔과 교차할 때, 목성에서 방출되는 전파는 태양의 전파 출력을 초과할 수 있다.[4]
2021년 뉴스 매체들은 과학자들이 2016년부터 목성을 공전하는 주노 우주선을 이용하여 가니메데에서 FM 라디오 신호를 감지했다고 보도했다. 이는 행성의 자기장 선이 위성의 자기장과 연결되는 지점에서 발생했다. 보도에 따르면, 이러한 신호는 사이클로트론 메이저 불안정성에 의해 발생했으며, 와이파이 신호와 목성의 전파 방출과 유사했다.[5][6]
3. 2. 우리 은하 내 전파원
은하 중심은 최초로 감지된 전파원이다. 이 영역에는 궁수자리 A, 초대질량 블랙홀 주변의 조밀한 영역인 궁수자리 A*와 블랙홀 자체를 포함한 여러 전파원이 있다. 초대질량 블랙홀 주변의 강착 원반은 플레어(flare) 현상 시 빛을 발하며, 이는 전파로 감지할 수 있다.초신성 잔해는 종종 산개된 전파 방출을 보인다. 예시로는 하늘에서 가장 밝은 태양계 외부 전파원인 카시오페이아 A와 게 성운 등이 있다.
초신성은 때때로 펄서라고 불리는, 밀도가 높은 회전하는 중성자별을 남긴다. 펄서는 전파 스펙트럼에서 싱크로트론 복사를 방출하는 하전 입자의 제트를 방출한다. 최초로 발견된 펄서인 게 성운 펄서가 그 예이다.
짧은 전파는 별이 탄생하는 밀도 높은 가스 구름 속 복잡한 분자에서 방출된다.
나선 은하는 전파를 방출하는 중성 수소와 일산화 탄소 구름을 포함하고 있다. 이 두 분자의 전파 주파수는 우리 은하의 큰 부분을 지도화하는 데 사용되었다.[14]
3. 3. 우리 은하 외부 전파원
전파 은하는 강력한 전파를 방출하는 은하로, 센타우루스자리 A와 M87이 대표적이다.[28]퀘이사는 최초로 발견된 점 형태의 전파원 중 하나이다. 퀘이사의 극심한 적색 편이는 퀘이사가 멀리 떨어진 활동 은하핵이며, 블랙홀에 의해 작동한다는 것을 시사한다. 활동 은하핵은 싱크로트론 복사를 방출하는 하전 입자의 제트를 가지고 있다. 3C 273은 하늘에서 광학적으로 가장 밝은 퀘이사이다.
병합하는 은하단은 종종 퍼진 전파 방출을 보인다.[15]
고속 전파 폭발(FRB)은 짧은 시간에 매우 강한 전파를 방출하는 현상이다. 처음 관측된 FRB는 *로리머 폭발*로 알려져 있다.
3. 4. 아직 관측되지 않은 전파원
원시 블랙홀은 빅뱅 직후 생성된 것으로 추정되는 작은 블랙홀이다. 빅뱅 모형에 따르면, 빅뱅 초기 몇 분 동안 극도로 높은 압력과 온도 조건에서 물질 밀도의 변동으로 인해 블랙홀이 생성될 수 있을 만큼 밀도가 높은 국지적인 영역이 만들어졌을 수 있다. 고밀도 영역 대부분은 우주의 팽창으로 빠르게 분산되었지만, 원시 블랙홀은 안정적으로 현재까지 남아있을 수 있다. 아스트로펄스는 "호킹 복사"로 인해 증발하는 미니 블랙홀을 감지하는 것을 목표로 하는데, 이러한 미니 블랙홀은 빅뱅 동안 생성된 것으로 추정된다.[21] 마틴 리스는 호킹 복사를 통해 폭발하는 블랙홀이 전파 신호를 생성할 수 있다고 이론화했다. 아스트로펄스 프로젝트는 이러한 증발이 감지 가능한 전파를 생성할 것으로 기대한다. 증발은 직접 전파를 생성하는 것이 아니라, 고에너지 감마선과 입자의 팽창하는 불덩어리를 생성한다. 이 불덩어리는 주변 자기장과 상호 작용하여 자기장을 밀어내고 전파를 생성한다.[22]외계 지적 생명체 탐사(SETI)는 외계 문명의 존재 가능성과 전파 통신 신호를 찾는 것을 목표로 한다. 프로젝트 오즈마를 시작으로 다양한 SETI 프로젝트에서는 우리 자신의 라디오 방송국과 유사한 협대역 신호 형태의 외계 통신을 찾았다. 아스트로펄스 프로젝트는 외계 지적 생명체(ET)가 어떻게 통신할지 알 수 없기 때문에, 이는 다소 편협한 사고방식일 수 있다고 주장한다. 따라서 아스트로펄스 탐사는 물리적 현상 탐색의 부산물로서 협대역 SETI@home 탐사를 보완하는 것으로 볼 수 있다.
4. 전파 천문학의 의의와 미래
미 해군 연구소(NRL) 천문학자 조셉 라치오 박사는 2005년 강력한 전파원 폭발 현상을 발견한 것에 대해 다음과 같이 언급했다. "놀랍게도, 하늘이 X선 및 감마선 파장에서 방출하는 과도 현상 물체로 가득 차 있다는 것이 알려져 있지만, 천문 물체가 종종 더 쉽게 생성할 수 있는 전파 폭발을 찾는 데는 거의 노력이 기울여지지 않았습니다."[23] 일관성 있는 디스퍼전 제거 알고리즘과 SETI 네트워크가 제공하는 컴퓨팅 파워를 사용하면 이전에 발견되지 않은 현상을 발견할 수 있다.
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