[아하! 우주] 목성에서 발견한 강력한 X선, 30년 묵은 미스터리 해결

미 항공우주국(NASA)은 목성에서 지금까지 본 것 중 가장 강력한 에너지의 빛을 감지했으며, 그 과정에서 마침내 30년 된 미스터리를 풀었다.

새로운 연구에서 NASA의 누스타(NuSTAR) 우주 천문대를 사용하는 연구원들은 목성에서 볼 수 있는 가장 높은 에너지의 빛을 발견할 수 있었다. X선 복사인 빛은 지구 이외의 태양계 행성에서 볼 수 있는 가장 높은 에너지의 빛이다.

그러나 이 발견은 단지 그것으로만 그친 것이 아니다. 그것은 또한 과학자들이 NASA의 율리시스 태양 탐사선이 1992년 목성의 옆을 플라이바이 했을 때 목성의 X선을 보지 못한 이유를 이해하는 데 도움을 준다. 목성에서 X선이 발견된 것은 이번이 처음이 아니다. NASA의 찬드라 X선 관측소와 유럽 우주국의 XMM-뉴턴 관측소는 모두 이 거대한 행성의 오로라에서 나오는 저에너지 X선을 관측한 바 있다.

목성의 북극과 남극에서 발생하는 목성의 오로라는 목성의 화산 위성인 이오에서 방출되는 이온이 극을 향한 행성의 자기장에 의해 가속되어 생성된다. 그곳에서 이온은 목성의 대기와 상호작용함으로써 X선을 방출하고 오로라 쇼를 펼친다. 2016년 목성에 도착한 NASA의 주노 탐사선은 이오의 전자 역시 행성의 자기장과 상호작용한다는 사실을 발견했다.

과학자들은 이오의 전자가 행성의 오로라보다 훨씬 더 강력한 X선을 생성할 수 있을 것으로 생각했는데, 이번에 누스타의 관찰을 통해 연구원들은 이오의 전자가 실제로 고에너지 X선을 생성하고 있음을 처음으로 확인했다. 2012년 우주에 발사된 누스타는 고에너지 X선으로 우주를 탐사하는 X선 우주망원경이다. 이번 연구의 주저자이자 컬럼비아 대학의 천체물리학자인 카야 모리는 성명에서 "행성이 누스타 감지하는 범위에서 X선을 생성하는 것은 상당히 어려운 일"이라고 말하면서 "그러나 목성은 거대한 자기장을 가지고 있으며 게다가 매우 빠르게 자전하는데, 이 두 가지 특성이 행성의 자기권으로 하여금 거대한 입자 가속기처럼 작용하게 하여 강력한 에너지를 방출한 것"이라고 설명한다.

이 고에너지 X선을 발견함으로써 연구원들은 진행 중인 미스터리를 풀 수도 있었다. 1992년에 TK 에이전시의 율리시스 우주선은 목성 옆을 날아갔지만 어떤 종류의 X선도 감지하지 못했다. 이 같은 결과는 과학자들을 혼란 속에 빠뜨렸다.

새로운 연구에 따르면, 율리시스가 X선을 발견하지 못했던 것은 이 빛을 발생시키는 메커니즘으로 인해 X선이 더 높은 에너지에서 더 희미해지기 때문으로 밝혀졌다. 이런 이유로 율리시스의 탐지 범위에서 목성의 X선이 너무나 희미한 나머지 발견할 수 없었을 것으로 추정하고 있다.

이 연구는 '네이처 아스트로노미' 저널 2월 10일자에 발표된 논문에 자세히 설명되어 있다.