과학자들은 감마 방법을 탐구합니다.

Jun 13, 2023

1963년 핵실험 금지 조약이 체결된 후, 미국 과학자들은 지구에서 감마선의 급증을 모니터링할 목적으로 위성을 발사했습니다. 감마선의 방출은 비밀스러운 핵 실험의 징후입니다. 그러나 과학자들은 지구가 아닌 우주에서 발생한 감마선 폭발을 발견하고 놀랐습니다.

이러한 일시적인 방사선 급증은 외계인이 핵폭탄을 터뜨리는 작업이 아닙니다. 그것은 우주에서 가장 강력하고 위험한 폭발인 감마선 폭발의 특징이었습니다. 이러한 사건은 너무 치명적이어서 지구 근처의 어느 곳에서든 발생하면 지구가 불멸화될 것입니다. 이 현상을 더 잘 이해하기 위해 유럽 CERN 연구소의 연구원들은 강력한 입자 가속기를 사용하여 감마선 폭발을 특징으로 하는 강렬한 조건을 실험실에서 재현하고 있습니다.

감마선 폭발은 거대한 별의 핵연료가 고갈되고 그 중심핵이 스스로 붕괴되어 블랙홀을 형성할 때 형성되는 것으로 생각됩니다. 별이 붕괴하면서 매우 강한 자기장이 형성되어 별의 물질 중 일부가 블랙홀로 떨어지는 것을 방지합니다. 이러한 자기장은 이 물질의 일부를 별의 극쪽으로 유도한 다음 거의 빛의 속도로 우주로 발사합니다.

각 극에서 방출되는 물질의 흐름을 제트라고 하며, 물질 자체는 뜨거운 플라즈마입니다. 이는 가스를 원자에서 일부 전자를 잃을 정도로 극단적으로 가열한 결과입니다. 제트에는 전자와 양전자(전자와 동등한 반물질)의 강렬한 분사와 함께 감마선도 포함됩니다. 전자와 양전자는 복잡한 방식으로 자기장과 상호 작용합니다.

이 플라즈마 제트는 매우 밝습니다. 1초도 안 되는 시간에 그들은 태양이 100억년 동안 방출할 만큼의 에너지를 생산하며, 수십억 광년 떨어진 곳에서도 쉽게 감지할 수 있습니다. 그들은 또한 매우 치명적입니다. 일부 이론에 따르면 감마선 폭발이 지구로부터 약 200광년 이내에 발생하고 제트기가 우리를 직접 겨냥한다면 우리 행성은 증발할 것입니다. 더 먼 거리에서는 여전히 은하수에 있지만 방사선은 폭발을 가리키는 지구 측면의 모든 생명체를 살균합니다.

심지어 10억 광년 이상 떨어진 곳에서 폭발하는 감마선조차도 이곳 지구상의 무선 통신을 방해할 수 있습니다. 그들은 그만큼 강력합니다. 운 좋게도 이러한 폭발은 상대적으로 드물며 천문학자들은 지구 근처의 어떤 별도 폭발을 생성할 후보라고 믿지 않습니다. 그러나 일부 과학자들은 감마선 폭발이 약 4억 4천만년 전 오르도비스기-실루리아기 대량멸종의 원인이 되었다고 믿고 있으며, 이 기간 동안 해당 시대 종의 약 85%가 멸종되었습니다.

감마선 폭발을 일으키는 기본 메커니즘을 설명할 수 있지만 세부 사항은 미스터리로 남아 있습니다. 어느 실험실에서나 조밀하고 매우 뜨거운 플라즈마 내부에서 필요한 혼돈 자기장의 조합을 재현하는 것은 매우 어렵습니다. 그러나 연구자들은 마침내 이러한 복잡한 조건을 살펴보게 되었습니다.

유럽 ​​CERN 연구소의 과학자들은 파이어볼(Fireball)이라고 불리는 시설을 만들었습니다. CERN은 유럽의 대표적인 입자 물리학 연구소로, 세계에서 가장 높은 에너지를 갖는 입자 가속기인 대형 강입자 충돌기를 보유한 것으로 가장 유명합니다. Collider는 일련의 소형 입자 가속기의 최종 구성 요소입니다. 각 가속기는 입자 빔의 에너지를 일정량만큼 올린 다음 이를 체인의 다음 가속기로 전달합니다. 여러 면에서 이는 자동차의 다양한 기어와 유사합니다. 각 기어는 특정 속도에 맞게 조정됩니다.

대형 강입자 충돌기 단지의 가속기 중 하나를 슈퍼 양성자 싱크로트론이라고 합니다. 이 가속기에서는 양성자가 빛의 속도의 99.9998%에 도달합니다. 그런 다음 이 양성자는 고정된 목표물에 발사됩니다. 다단계 절차를 통해 이들은 고에너지 전자와 양전자 빔으로 변환됩니다. 마지막으로, 이 전자/양전자 빔은 뜨거운 플라즈마가 형성되는 용기로 향하게 됩니다. (이것은 들리는 것만큼 위험하지 않습니다. 결국 형광등에는 플라즈마 볼이 포함되어 있기 때문에 기념품점에서 구입할 수 있습니다.)