"번쩍"…감마선 내뿜는 번개, 지상에서 관측

과학자들이 처음으로 '지상 감마선 섬광(TGF)'이라고 불리는 강력한 감마선을 방출하는 번개를 포착했다고 IT매체 기즈모도가 최근 보도했다.

먼 우주에서 주로 관측되는 고에너지 방사선인 감마선은 지구의 번개구름(뇌운)에서도 발생한다. 일본 오사카대학 연구진은 지구상에서 가장 강력하고 매혹적인 자연 현상 중 하나인 ‘지상 감마선 섬광’을 관측해 연구했다.

매혹적인 자연현상 중 하나인 ‘지상 감마선 섬광’과 관련된 연구 결과가 나왔다. (사진=오사카대학 유키 와다)

연구진은 일본 가나자와시에 있는 최첨단 다중센서 시스템을 사용해 두 개로 갈라지는 번개를 관측했다. 연구진들은 두 개로 갈라진 이 번개가 공중에서 만나기 불과 31마이크로초(μs) 전 TGF을 일으켰다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 실렸다.

해당 논문의 주저자 유키 와다 오사카대학 연구원은 "대부분의 TGF는 위성을 통해 감지되나 관측을 통해서는 제한된 정보만 얻을 수 있다"며, "이번 연구에서는 TGF를 보기 위해 지상 관측을 수행했다"고 밝혔다.

TGF는 1990년대 처음 발견됐으나 20년이 넘는 연구에도 불구하고 정확한 기원은 여전히 밝혀지지 않은 상태다. 작년 국제학술지 네이처에 게재된 연구 논문에 따르면, 과학자들은 열대 번개폭풍이 발생하는 카리브해 주변 바다에 직접 항공기를 띄워 감마선 방출 데이터를 수집했다. 이를 통해 TGF와 이보다 지속시간이 훨씬 긴 '깜박이는 감마선 섬광(FGF)'이라는 유형의 또 다른 감마선 방출 현상을 새로 확인했다.

밑으로 향하는 지상 감마선 섬광의 개요 (사진=오사카대학 유키 와다)

오사카 대학 연구진은 TGF가 두 번개가 충돌하기 직전에 나타났으며, 이는 과충전된 전기장이 전자를 광속에 가까운 속도로 가속시키며 이런 고에너지 방출 현상이 발생됐다는 것을 시사한다고 설명했다.

"최근 네이처에 게재된 논문들은 항공 관측을 기반으로 한다"며, "이 논문들도 매우 흥미롭지만, 지상 관측은 훨씬 더 저렴하게 수행할 수 있다"고 연구진은 설명했다.

열대 번개폭풍 상황에서 발생하는 FGF와 달리 TGF는 낙뢰와 긴밀하게 연결되어 있다. 이전 논문들은 특정 열대 뇌우에서 얼마나 많은 감마선 현상이 발생하는지에 대해 연구했다면 이번 논문은 번개가 어떻게 감마선을 생성할 만큼 충분한 에너지를 생성하는지 이해하기 위해 특정 현상 하나를 분석했다.

해당 논문 공동 저자이자 일본 원자력 개발 기구의 연구원인 츠치야 하루후미는 "다중 센서 관찰은 세계 최초다. 아직 미스터리가 남아 있지만, 해당 기술은 방사선 폭발의 메커니즘을 이해하는 데 한 걸음 더 가까워졌다"고 밝혔다.