싱크로트론복사 (Synchrotron Radiation)
한 줄 정의: 상대론적 전자가 자기장 주위를 나선 운동하며 내는 편광된 비열적 전자기파입니다.
쉽게 풀면
자기장 속에서 빛의 속도에 가깝게 움직이는 전자는 직진하지 못하고 나선을 그리며 휘는데, 이때 진행 방향 앞쪽으로 빛을 내뿜습니다. 이것이 싱크로트론복사입니다. 온도로 설명되는 열복사와 달리 스펙트럼이 넓은 주파수 대역에 걸쳐 멱함수 꼴로 이어지고, 빛이 강하게 편광된다는 특징이 있습니다.
왜 중요한가
전파은하의 제트, 초신성잔해, 활동은하핵에서 관측되는 전파 방출의 대부분이 이 기전으로 설명됩니다. 스펙트럼의 기울기와 편광 방향을 분석하면 그 천체의 자기장 세기와 방향, 고에너지 전자의 에너지 분포를 간접적으로 알아낼 수 있어 고에너지 천체물리학의 기본 도구가 됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"제트 마디에서 측정된 전파 스펙트럼 지수는 싱크로트론복사를 내는 전자의 멱함수형 에너지 분포와 일치하였다."
조금 더 깊게 보면
전자 에너지 분포가 멱함수 꼴이면 방출 스펙트럼도 멱함수가 되며, 그 지수는 입자 가속 과정을 추정하는 단서가 됩니다. 낮은 주파수에서는 자체 흡수가 일어나 스펙트럼이 꺾이고, 높은 에너지 전자일수록 빨리 에너지를 잃기 때문에 고주파 쪽이 먼저 어두워지는 냉각 꺾임이 나타납니다. 복사 방향이 운동 방향으로 좁게 모이는 상대론적 빔 효과 때문에 제트를 정면으로 보는 블레이저가 특히 밝게 보입니다.
주의할 점
실험실의 싱크로트론 가속기에서 나오는 방사광도 같은 물리 기전이지만, 천문학에서는 인공 광원이 아니라 천체의 자기장에서 자연적으로 일어나는 방출을 가리킵니다. 또 흑체복사처럼 온도로 해석해서는 안 되는 비열적 복사라는 점에 주의해야 합니다.