Fermi Gamma-ray Space Telescope
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| Fermi Gamma-ray Space Telescope (페르미 감마선 우주 망원경) |
1. 개요
콤튼 감마선 우주 망원경에 이어 올라간 감마선 천체 관측용 망원경이다. NASA와 미합중국 에너지부 그리고 프랑스, 독일, 일본, 이탈리아, 스웨덴 정부가 공동으로 발사하였다. 관리주체는 NASA. 콤튼과는 비교도 안 되는 수준의 초고사양의 망원경인데, 넓은 관측 범위에 넓은 유효 파장으로 인해 하루에 찍어내는 관측의 질과 양에서 초고급을 달린다.[1] 그동안에 감마선의 이미징이나 관측 자체에 굉장히 큰 어려움이 있었던 탓에[2] 이 망원경은 올라감과 동시에 무지막지한 관측 결과들을 안겨주면서 그야말로 감마선 천문학의 르네상스를 일으키게 된다.이름의 유래가 된 당사자와 마찬가지로 업적이 엄청난 탓인지, 이러한 고사양과 쏟아지는 업적들을 보고 페르미의 위대함을 죽은 후에도 느낄 수 있다. 게다가 이 망원경이 예상 외에 너무나 유효한 성과가 많다보니, NASA에서 개발 중인 또 다른 우주 망원경인 제임스 웹 우주 망원경의 입지가 위험해졌다. 나름 제2의 허블 망원경을 표방하며 거창하게 시작한 프로젝트가 시간을 너무 잡아먹는 사이 다른 망원경들이 발전하여 이미 실적을 내고 있고, 특히 이 페르미 망원경이 생각보다 너무 유능하게 일을 잘하고 있다. 덕분에 NASA는 이 망원경에 더욱 사활을 걸어야 하는 상황.
2. 소개
'페르미'라는 이름이 붙기 전에는 GLAST[3]라는 이름이었던 탓에 '페르미 망원경(FGST)'이라는 이름으로 부르기 보다는 보통 'GLAST'라는 이름으로 부른다. 마침, 'FGST'는 영어식으론 뭐라 읽을 수도 없는지라 '글라스트'라고 발음이 가능한 이쪽을 주로 부른다.감마선의 관측은 이전부터 매우 어려웠기 때문에, 페르미 전에 올려진 감마선 망원경들은 그렇게 큰 영향을 주지 못했다. 때문에 감마선 천문학은 미개척의 영역으로 많이 남아 있었고, 마침 제기되던 암흑물질과 암흑 에너지에 대한 연구도 겸하여 고성능의 감마선 망원경을 띄우고자 하는 프로젝트가 진행되었다.
계획은 생각보다 빠르게 진행되어 2008년 6월에 발사하게 된다. 그리고 발사에 성공, 글라스트는 궤도에 정착한 후에 활동을 시작, 상상 이상의 관측 자료들을 양산해내며 그야말로 감마선 천문학의 새 지평을 열었다.
지구 상공 565㎞인 저궤도에서 공전하고 있다.
3. 구조
페르미 망원경은 두 개의 카메라로 구성되어 있다. 주 기능인 광역 감마선 탐지를 담당하는 LAT[4]와 감마선 폭발의 발생을 감지하는 GBM[5]으로 구성되어 있다. 이로 인하여 글라스트는 주관측대상 지역을 탐지하는 와중에 다른 방향에서 감마선 폭발이 발생하더라도 모두 감지할 수 있다.감마선은 가시광이나 X선처럼 CCD를 통해 검출하는 것이 불가능하기 때문에, 금속 포일과 고에너지 광자가 충돌할 때 전자와 양전자가 생기는 쌍생성 현상을 이용해 감마선을 검출한다. 쌍생성이 일어날 때 방출되는 전자와 양전자의 궤적을 파악해 광자가 입사한 방향을 확인하는 방식이다.
LAT는 30MeV에서 300GeV의 폭 넓은 파장대를 자랑하며, GBM은 8keV대의 낮은 에너지부터 LAT와 버금가는 초고에너지의 감마선 폭발을 모두 감지할 수 있다.
4. 초기 임무
일단 우주 망원경인 탓에 돈이 엄청나게 필요한데, 스폰서가 필요했다. 그런데, 지원을 받아 내려면 그럴싸한 명분이 필요한 법이다. 때문에 글라스트에게는 몇 가지 기본 임무가 부여되었는데, 다음과 같다. 아래의 다섯 임무 외에 몇 가지 임무를 5년간 진행한 후, 남은 기간 동안 추가 임무를 진행하는 것으로 계획되어 있었다.- 활동성 은하 핵, 펄사, 초신성 잔해의 입자 가속 과정 연구
- 지금까지 관측하지 못했던 감마선의 전 밴드에 대한 관측
- 감마선 폭발체의 특성 조사
- 암흑물질과 초기 우주에 대한 탐구
- 호킹 복사로 인한 마이크로 블랙홀의 연구
글라스트의 성과는 시간을 기다릴 필요조차도 없었다. 이미 각국의 천문학자들은 감마선 망원경이 뜨는 것을 애타게 기다리고 있었다. 그리고, 쏘아 올리면서 나온 자료들이 어마어마하게 성과를 냈다. 날마다 쏟아지는 관측 자료를 바탕으로 망원경이 뜬 지 3년이 채 되기도 전에 논문으로 에베레스트를 세우는 기행을 보여주게 된다.
5. 시간 남는 김에 발견한 감마선 천문학 업적
5.1. 펄사의 감마선 방출
펄사는 원래 전파를 내보내는 중성자별이지만 글라스트의 관측으로 인하여 감마선도 방출한다는 것이 밝혀졌다.이 사건은 사이언스가 선정한 2009년 10대 과학 뉴스에 선정되었다.
5.2. 감마선 관측 역사상 최강의 감마선 폭발 관측
거의 올라가자마자(...)인 2008년 9월, 용골자리 GRB 080916C[6]를 발견하게 되었다. 무려 0.999999c의 엄청난 속도로 제트가 방출되었는데,[7] 이는 관측 역사상 가장 빠른 속도.5.3. 우주선과 초신성의 잔해
2010년 2월에 초신성의 잔해(Super Nova Remnant)가 입자 가속기의 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 발사한 지 단 1년 반 만에 임무 중 하나가 클리어되어 버렸다.5.4. 우주 배경 감마선
Background Gamma-ray Source. 2010년 5월에 활동성 은하 핵으로부터 오는 감마선이 전체 감마선의 30%인 것이 밝혀졌다. 나머지 70%는 그를 제외한 요소들인데, 활동성 은하 핵이 얼마나 강력한 에너지를 발산하는지 알 수 있다.5.5. 우리 은하의 γ, X-선 거품 구조
우리 은하의 팽대부 상하로 거품처럼 생긴 구조가 발견되었다. 가장 유력한 정체는 은하 중심부의 초대질량 블랙홀로부터 나오는 제트. 에너지는 대략 20GeV 전후로 굉장히 강력하지만 그 밀도가 낮기 때문에 발견하는 데 꽤 고생했다고 한다.
페르미 망원경이 발견했기 때문에 페르미 거품(Fermi Bubbles)이라고 부른다.
참고로 여기까지가 2008년 쏘아 올린 후 단 3년 만인 2011년 전까지 발견한 것들 중 굵직한 것만 모은 것이다.
5.6. 중력파와 전자기파의 동시관측
2017년 8월 17일 LIGO에서 중력파가 관측되었으며, 1.7초 후 페르미 감마선 관측 망원경에서 감마선 폭발을 관측하였다. 이 두가지 관측기기의 정보들을 토대로 관측 기기들의 측정가능 지역을 비교해 보면서 과학자들은 이 현상이 일어난 장소를 NGC4993 은하로 특정할 수 있었다. 이에 수많은 망원경이 이 은하를 관측하기 시작했고, 약 11시간 후 밝은 빛, 즉 킬로노바 현상을 망원경으로 직접 관측할 수 있었다.이 현상은 두개의 중성자성이 합쳐지면서 발생한 것으로 같은현상을 중력파와 전자기파로 관측한 최초의 기록을 남기게 되었으며, 동시에 두 중성자별의 충돌로 생기는 킬로노바를 관측하였다. 뿐만아니라 스펙트럼 분석결과 금, 납 등 매우 무거운 원소가 확인됨에 따라 이러한 킬로노바가 우주에 있는 무거운 원소를 만드는 메커니즘중 하나라는 것이 확인 되었다.
6. 팀킬은 진행형
NASA는 제임스 웹 우주 망원경을 만드느라 다른 일을 제대로 못하고 있다. 게다가 어마어마하게 비싸져만 가서 돈먹는 하마 소리를 들으면서도 이것에 올인하고 있다. 반면 페르미는 여러 스폰서들이 소소하게 돈을 모아서, 큰 기대를 하지 않고 만들어 쏘아 올린 것이다. 그런데 쏘아 올리자마자 어마어마하게 업적을 적립해 버렸다. 이런 이유 때문에 제임스 웹이 궤도에 올라 가더라도 비용에 걸맞은 업적을 내지 않으면 돈 낭비라는 비난을 피하기 힘들게 생겼다. 겨우(?) 노벨상 한두 개 정도급의 업적으로는 모자랄 것이라는 소리까지 나오는 지경.하지만, NASA가 제임스 웹에 올인할 수 있었던 것도 이 페르미 망원경의 존재가 있었기 때문이다. 그러니까 절벽에서 떨어지는 제임스 웹을 살려주는 동아줄이 되어주긴 했는데, 이게 모가지에 단단히 휘감긴 탓에 그대로 나사째로 제임스웹의 목을 매달아버리는 교수대가 되어버릴 가능성이 있다. 동아줄로 끝날지 교수대가 되어 버릴지는 오직 제임스 웹의 힘에 달린 상황(...).
다행히 제임스 웹 우주 망원경은 2021년 12월 발사 된 후, 명성에 걸맞은 성과를 내고 있다.
7. 관련 문서
[1] 이건 앞서 개발된 콤튼의 활동이 짧았던 탓도 있다. 1991년 STS-37 아틀란티스로 쐈는데 애초에 궤도상 수리가 불가능한 1회용으로 만들다보니 자이로스코프 3개가 나가자 2000년에 그냥 재돌입, 폐기시켜 버렸다. 이보다 1년 전에 허블에서 똑같이 자이로스코프 3개가 나갔을 땐 새 미션을 급조해서까지 고쳐줬던 걸 생각하면 푸대접을 받은 셈.[2] 감마선은 파장이 너무 짧은 탓에 관측 장비를 다 뚫고 지나가 버리기 때문에 관측 자체가 힘들고 기존의 다른 망원경에 사용된 렌즈나 반사거울 같은 방식으로 상을 맺을 수가 없어서 이미징이 어려운 데다가 단순히 망원경 한 개만 띄우게 되면 물체의 방향조차도 알 수 없다.[3] 감마선 광대역 관측망원경(Gamma-ray Large Area Survey Telescope), 말 그대로 엄청 넓은 지역으로부터 나오는 감마선을 관측하는 망원경.[4] The Large Area Telescope[5] Gamma-ray Burst Monitor[6] 2008년 9월 16일 세 번째로 발견된 Gamma-ray Burst.[7] 1c가 광속이다.