미국의 국립과학재단(NSF), SRI 인터내셔널, 전미천문학대학연합, 푸에르토리코 메트로폴리탄 대학에 의해 운영되고 있는 푸에르토리코에 위치한 아레시보의 전파천문대 '아레시보 천문대'에서 2020년 12월 1일 900톤 이상의 수신기가 140미터 낙하하여 주경이 분쇄되는 사고가 발생했습니다. 이 사고의 모습을 포착한 새로운 영상이 NSF에 의해 공개되었습니다.
Drone footage shows the shocking collapse of the Arecibo Observatory - The Verge https://www.theverge.com/22150330/arecibo- observatory-collapse-drone-footage-video
1963년에 건설된 아레시보 천문대의 전파망원경은 50년 넘게 '세계 최대의 전파망원경'의 자리에 군림하고 있었습니다. 수많은 행성 관측에서 활약해 온 이 천문대는 2020년 들어 두 번의 대형 사고를 일어나 11월에 해체가 결정되었습니다. 이 해체 계획의 세부사항을 결정하기 전에 현지 시각 2020년 12월 1일 7시 53분경 공중에 매달린 900톤 이상의 수신기가 떨어져 전파망원경의 주경이 깨지는 사고가 발생했습니다.
사고 발생 후 아레시보 천문대의 모습을 촬영한 영상은 일반 시민들과 언론에 의해 공개되어 있었는데, 새로운 사고 발생 순간을 포착한 영상을 NSF가 공개했습니다. 붕괴의 순간을 담은 영상은 아레시보 천문대의 운영제어센터에 설치된 카메라와 드론의 카메라 2대로 촬영된듯 합니다.
지구의 살아있는 모든 생물은 하늘에 떠 있는 '태양'의 빛과 열이라는 수혜를 바탕으로 활동하고 있습니다. 지구에 접근하고 있는 거대한 별에 의해 지구가 태양계로부터 벗어나 태양으로부터 멀리 떨어져 버릴지도 모른다는 가능성에 대해 과학계 YouTube 채널 Kurzgesagt가 애니메이션을 통해 설명합니다.
우주에는 아직도 많은 수수께끼가 남아 있는데, 그중 하나가 특수한 전파망원경으로만 관측할 수 있는 밤하늘에 떠 있는 '유령같은 이상한 서클'이 ORC입니다. ORC가 어떻게 발견되었고 무엇이 어떻게 이상한지에 대해 서부시드니대학 이학부 교수이며 우주의 진화지도(EMU) 프로젝트의 창설멤버인 레이 노리스 씨가 설명합니다.
2019년 천문학자인 안나 카핀스카 씨는 전파천문 데이터를 보던 중 기존 데이터에 맞지 않는 이상한 물체가 있다는 것을 알게 되었습니다. 카핀스카 씨에 의해 'WTF'로 분류된 이 물체는 전파방사로 구성된 서클로, 연기처럼 모호한 상태로 우주에 떠 있었다고 합니다. 며칠 후 카핀스카 씨의 동료인 에밀 렌츠 씨도 비슷한 물체를 발견했습니다.
그 후 카핀스카 씨와 렌츠 씨는 호주연방과학원(CSIRO)의 ASKAP 망원경을 사용하여 우주의 전파원을 조사하는 EMU 프로젝트의 일환으로 조사를 계속했습니다. EMU는 기존의 망원경으로는 포착할 수 없었던 우주를 ASKAP 망원경으로 대규모 조사를 하는 프로젝트로, 노리스 씨가 2009년에 제안한 프로젝트입니다. "EMU의 창설 당시부터 예측하지 않은 것이 발견될 것이라고 생각했지만, 이렇게 빨리 발견하리라고는 생각하지 못했습니다"라고 노리스 씨는 말합니다.
EMU의 조사에 의해 그것과 유사한 물체는 여럿 발견되었습니다. 일련의 물체는 EMU에 의해 'Odd Radio Circles(이상한 전파원/ORC)'라고 명명되었습니다.
ORC는 소프트웨어 오류에 의해 생성된 인공적인 이미지가 아니겠느냐는 의심도 받았지만 다른 전파망원경으로 조사를 진행함으로써 '현실에 존재하는 물체'라는 점을 분명히 했습니다. 광학망원경으로는 ORC가 존재하는 위치를 촬영해도 아무것도 찍히지 않기 때문에, ORC는 전파 구름으로 형성되었을 것으로 추정합니다. 그러나 ORC가 존재하는 위치는 아직 명확하지 않고, 그 물체가 무엇인지 2020년의 시점에서는 전혀 알고 있지 않다고 노리스 씨는 말합니다.
ORC에 대해 구체적인 것은 전혀 발견되지 않은 반면, 몇 가지 가능성은 배제되어 있습니다. 첫째, ORC가 존재하는 곳은 은하로부터 떨어져 있기에, 초신성 폭발의 잔해일 가능성은 제외된다는 것. 또한 별 형성 버스트를 받으면 은하에서도 드물게 전파방사의 고리가 보일 수 있지만, 별 형성의 기초가 되는 은하가 없으므로 이것도 부정됩니다. 별과 은하가 발하는 빛이 중력의 영향으로 밝게 보이는 아인슈타인 링일 가능성도 지적되었습니다만, 아인슈타인 링을 넘어서는 대칭을 가지고 있어 노리스 씨는 부정합니다.
호주천문학회에서 발표될 예정인 논문에서, 노리스 씨는 ORC의 다양한 정체에 대해 검토하였고, 모든 가능성을 부정한 결과, ORC가 '알 수 없는 무언가'라고 결론지었습니다. ORC가 고속전파 버스트와 같은 '있을 수는 있지만, 아직 관측되지 않은 것'과 관계있을 가능성을 조사해야 한다고 합니다.
by Penn State. https://www.flickr.com/photos/pennstatelive/
또 다른 가능성으로 ORC가 웜홀의 기관(throat)일 것이라는 지적도 있습니다.
우주에는 약 1000개의 ORC가 있는 것으로 추정되고 있습니다. ORC는 찾기가 매우 어렵지만, 우주에 대한 이해를 크게 바꿀 가능성이 있다고 보고, 연구자들에 의한 조사가 계속될 예정입니다.
로켓 공학의 기초를 놓았던 러시아 과학자인 콘스탄틴 치올콥스키가 1920년에 고안한 '우주에 거대한 발전소를 만들어 지구에 대량의 에너지를 공급한다'는 아이디어는 오랫동안 SF작가 밖에 주목하지 않았지만, 기후변화가 문제시되고 있는 최근에는 과학자들이 실현을 위해 움직이기 시작하고 있습니다. 그런 우주에서의 태양광발전에 대해 리버풀대학 항공우주공학과 강사인 아만다 제인 휴즈와 스테파 소루디니 씨가 설명합니다.
우주에서의 태양광발전에는 많은 장점이 있습니다. 태양광발전 시설의 큰 약점인 '반나절 밖에 태양광을 얻을 수 없고, 빛이 닿는 각도에 따라 발전 효율이 달라진다'는 점인데, 우주에 발전시설을 쏘아올리면 항상 태양광을 얻을 수 있는 궤도로 돌 수 있습니다. 또한 지구상에서는 대기가 태양광의 일부를 반사해버립니다만, 우주라면 더 많은 태양광을 얻을 수 있습니다.
그러나 '태양광발전 시설과 같은 대규모 구조물을 어떻게 조립, 발사, 배치하느냐'는 과제가 남아 있습니다. 충분한 에너지를 생산히기 위해서 태양광발전소는 축구장 약 1400개 분량에 해당하는 10평방킬로미터의 면적을 필요로 할 수 있고, 이만큼의 시설을 로켓으로 발사한다면 비용도 엄청나게 증가하게 됩니다.
과학자들에 의해 제안된 해결책 중 하나가 수천 개의 소형 위성을 결합하여 하나의 대형 태양광발전 시설을 구성하는 것입니다. 2017년 캘리포니아공과대학의 연구팀은 수천 개의 솔라패널로 구성된 모듈형 태양광발전 시설을 설계했습니다. 이 설계에 사용되는 태양전지 패널은 1평방미터 당 불과 280g이라는 초경량형입니다.
또한 최근에는 태양의 빛과 이온을 반사하여 돛에 모아 진행하는 솔라세일도 개발되고 있습니다. 영국의 리버풀대학은 태양전지를 끼워 넣은 접을 수 있고 가벼우며 반사율이 높은 돛을 3D프린트로 제조하여, 태양광발전 시설이 될 솔라세일을 만드는 방법을 연구하고 있습니다.
또한 우주에서의 발전은 '만든 전기를 어떻게 지구에 전송하는가'라는 문제도 있습니다. 가장 현실적인 해결책은 '태양광발전으로 생산된 전기를 마이크로파나 레이저로 변환하여 지상에 보낸다'는 구상입니다.
이미 일본의 우주항공연구개발기구(JAXA)는 전기의 무선에너지전송 기술에 대한 연구를 수행하고 있으며, 2015년에 실시된 실용화 실증 데모에서는 5.8GHz 대역의 전파로 55m 떨어진 곳까지 전기를 무선으로 전송하는 데 성공했습니다. 그러나 송전 전력 약 1.8kW에서 수전 전력은 약 320~340W라는 것 때문에 실용화에는 좀 더 시간이 걸릴 예정입니다.
또한 중국에서도 전력의 무선전송 기술에 대한 연구가 최근 활발해지고 있으며, 2050년까지 최대 2GW의 전력을 지구로 전송하는 것을 목표로 하는 'Omega' 시스템의 설계를 목표로 하고 있습니다. 실제로 중국의 태양광패널 제조업체인 출하량 세계 1위 JinkoSolar는 中国航天科技集団有限公司（China Aerospace Science and Technology Corporation）과 공동으로 우주 태양광발전의 기술개발에 착수하기로 2020년 1월에 발표했습니다.
'우주에 태양광발전 시설을 만들어 지구에 전송한다'는 100년 전에 제창된 아이디어는 기술의 진보에 의해 조금씩 현실이 되어가고 있습니다. 휴즈 씨와 소루디니 씨는 "전세계의 과학자들이 우주에서의 태양광발전 시설의 개발에 시간과 노력을 투자하고 있습니다. 우리의 희망은 그것들이 언젠가 기후변화와의 싸움에서 중요한 도구가 되는 것입니다"라고 말합니다.
Community Solar = Solar for Everyone https://chesapeakeclimate.org/maryland/community-solar-for-everyone/
Voyager 2 passing Uranus in January 1986. https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:UranusVoy2.png
미국의 탐사선 보이저 1호와 2호는 1977년 발사된 이후 목성보다 외곽에 위치한 행성의 선명한 모습을 인류에게 보여주었습니다. 보이저 1호는 2호보다 2주 후에 발사되었지만, 항해 도중에 2호를 제치고 한발 앞서 1979년 3월에 목성에 도착했습니다. 보이저 1호가 보내온 목성의 위성 이오의 이미지에는 유황을 분출하는 화산도 찍혀있었습니다. 보이저 1호는 목성의 중력을 이용하여 속도를 조정하였고 1980년 11월에는 토성에 접근했습니다.
보이저 2호도 1979년 7월에 목성에 접근한 후 1981년 8월에 토성, 1986년 1월에 천왕성, 1989년 8월에 해왕성 순으로 연거푸 행성에 접근했습니다. 현재 두 대의 보이저는 태양계의 외부로 향하는 궤도상에 있으며, 꾸준히 관측 데이터를 보내오고 있습니다.
Voyager 1's view of Solar System. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Voyager_1%27s_view_of_Solar_System_(artist%27s_impression).jpg
우주인과의 접촉에 대비하여 두 대의 보이저에는 지구의 다양한 자연과 인간의 생활상, 동서고금의 음악, 세계 각국의 언어로 구성된 인사말 등을 기록한 디스크가 실려있습니다.
보이저는 어디까지 도달 가능한가?
보이저는 원자력 전지를 에너지원으로 하고 있으며, 탐사 후 30년 가까이 지난 지금도 여전히 건재합니다. 순조롭게 진행되면 2020년을 넘어서도 귀중한 데이터를 계속해서 보내올 것입니다. 보이저 1호의 위치는 태양으로부터 150천문단위 거리인 것으로 추정되고 있으며 지구와의 통신을 할 수 없게 된 이후에도 보이저의 여행은 계속됩니다.
USS Voyager route. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:USS_Voyager_route.jpg
보이저 탐사선의 예측 운용 수명은 앞으로 5년
보이저 프로젝트에 참여하는 과학자들에 따르면, 탐사기의 예측 운용 기간이 5년이 채 남지 않았다고 발언했습니다.
1977년에 발사된 보이저 1호와 2호는 목성과 토성, 천왕성, 해왕성 탐사를 수행했고, 태양권을 넘어 현재도 활동을 계속하고 있습니다.
그리고 미션과학자 에드 스톤 씨에 따르면, 탐사선은 온도가 내려감에 따라 발전량도 감소하고 있으며, 약 5년 후에는 과학 관측기기가 작동을 멈출 것으로 예상하고 있습니다.
현재 보이저는 시속 4만 8000킬로미터 이상으로 비행하고 있으며, 지구와의 통신은 1호라면 20시간 이상, 2호는 17시간 가까이 걸립니다.
1977년 8월 20일에 발사된 무인우주탐사선 보이저 2호는 관측한 다양한 데이터를 지구로 전송하여 우주 연구에 크게 공헌하고 있습니다. 2020년 3월 중순부터 미국항공우주국(NASA)와 보이저 2호의 교신이 중단되고 있었지만, 2020년 11월 3일 NASA는 "약 8개월 만에 보이저 2호와의 교신에 성공했다"고 발표했습니다.
보이저 2호는 태양계 외부에서 목성 · 토성 · 천왕성 · 해왕성을 탐사할 목적으로 자매기인 보이저 1호와 차례로 발사되었습니다. 두 탐사선은 관측과 교신용 장비뿐 아니라 외계생명체와 접촉했을 때 지구의 문화를 전하기 위한 '보이저 금제 음반'이 탑재되어 있는 것으로도 알려져 있습니다.
1977년에 발사된 보이저 2호의 주요 임무는 1989년 해왕성 탐사로 종료되었지만, 그 후에도 태양계 밖으로 향하면서 가동을 계속하며 관측데이터를 지구에 계속 보내고 있었습니다. 2018년에는 태양이 내뿜는 플라즈마인 태양풍이 닿는 범위에서 이탈해 성간 공간에 들어간 보이저 1호에 이어 태양권 밖으로 도달한 두 번째 탐사선이 되었습니다.
현재는 지구에서 약 188억 km 정도 떨어진 곳에 위치하고 있는 보이저 2호와의 교신은 NASA가 구축한 딥스페이스 네트워크(DSN)라는 통신망에 의해 이루어지고 있습니다. DSN은 저궤도 위성이 아닌 행성 · 소행성 등의 탐사 전반과 1년 내내 교신하기 위해 구축된 네트워크입니다.
DSN의 교신을 담당하는 지상국은 미국 캘리포니아의 골드스톤 심우주통신시설, 스페인의 마드리드 심우주통신시설, 호주의 캔버라 심우주통신시설 3곳이며, 각각 120도 간격으로 설치되어 있습니다. 모두 초고감도 수신기 및 강력한 송신기가 내장되어 있습니다만, DSN의 운용이 시작된 시기가 1960년대여서 시설의 노후화가 진행되고 있다고 합니다.
by biedronne
그래서 NASA는 캔버라 심우주통신시설에 있는 직경 70m인 거대한 parabola 안테나 · Deep Space Station 43(DSS43)의 개보수 공사를 실시하기로 결정. 개보수 공사에 따라 2020년 3월 중순부터 DSS43의 교신 기능이 오프라인이 되었습니다.
기본적으로 DSN은 하나의 지상국이 다운되더라도 다른 지상국이 통신을 커버할 수 있는 구조로 되어 있습니다만, 지구의 남쪽으로 진로를 취하고 있는 보이저 2호는 드문 예외로, 북반구에 있는 골드스톤 심우주통신시설과 마드리드 심우주통신시설에서 신호를 보낼 수 없습니다. 따라서 보이저 2호와 교신할 수 있는 유일한 위성 안테나인 DSS43가 오프라인되어 지구에서 보이저 2호에 신호를 보내는 수단이 없어 교신이 끊겨버렸다는 것입니다.
무엇보다, 보이저 2호에서 보낸 관측데이터는 캔버라 심우주통신시설에 있는 폭 34m의 안테나를 사용하여 수신할 수 있었습니다. 따라서 완전히 통신이 두절됐다는 것은 아니고, 어디까지나 지구에서 신호를 보낼 수 없는 일방통행 상태가 되어 버렸다는 설명입니다.
거대한 크레인을 사용하여 시작된 DSS43의 리노베이션 공사의 모습은 아래의 동영상으로 확인할 수 있습니다. 보이저 2호와의 통신에 사용되는 무선송신기가 47년 만에 갱신된 것 외에도 전기케이블, 전원, 냉각장치 등의 교환이 이루어진 것 같습니다.
10월 29일 DSS43에 새로 설치된 무선통신 기기를 테스트하기 위해 3월 중순에 공사가 시작된 이후 처음으로 운영자가 보이저 2호에 명령을 전송. 보이저 2호와의 통신은 편도 17시간 왕복 34시간의 지연이 발생하지만, NASA는 보이저 2호가 보낸 '지구로부터의 신호를 수신했다'는 확인 신호를 잡아내며 8개월 만의 교신에 성공했습니다.
이번 교신 성공으로 DSS43에 새로 설치된 장치가 잘 작동하는 것이 확인되었습니다. NASA의 제트추진 연구소의 DSN 프로젝트 매니저인 Brad Arnold 씨는 "이번 보이저 2호 및 테스트 통신은 우리가 수행하는 작업이 순조롭게 진행되고 있음을 보여줍니다"라고 말합니다.
타이탄의 대기는 대부분 질소와 메탄으로 되어 있습니다. 기압은 지구의 약 1.45배, 대기 밀도는 지구의 4배로, 호수와 강, 비와 구름, 심지어는 지하에 소금물의 바다가 있는 것이 확인되고 있어, 25억 년 전 지구와 비교적 유사한 환경일 것으로 추정합니다.
NASA의 과학자팀이 칠레 북부에 있는 알마망원경으로 타이탄의 대기 성분을 조사하던 중 그 스펙트럼에서 환상탄화수소인 Cyclopropenylidene(C3H2)이라는 물질이 검출되었다는 것. NASA · Goddard 우주비행센터의 행성과학자인 코너 닉슨 씨는 "Cyclopropenylidene의 흔적을 발견했을 때에는 정말 의외의 분석 결과라고 먼저 생각했습니다"라고 말하며 발견 당시의 놀라움을 나타냅니다.
타이탄의 대기 중에서 벤젠 이외의 환상탄화수소가 발견된 것은 처음이어서, 닉슨 씨는 지금까지 수집된 유사한 데이터가 없는지 2004년부터 2017년까지의 토성탐사선 카시니가 보내온 데이터를 재확인하였다고 합니다. 그 결과, 타이탄 주변의 질량분석기 데이터에서 Cyclopropenylidene의 흔적이 발견되었다고 합니다.
닉슨 씨에 따르면 타이탄의 대기에 어떻게 Cyclopropenylidene이 존재하는지, 또 다른 천체의 대기에서는 Cyclopropenylidene이 검출되지 않는지에 대해서는 밝혀지지 않았다고 합니다. 닉슨 씨는 "이 Cyclopropenylidene는 유전정보의 매체인 DNA와 RNA의 핵산염기의 일부가 될 수 있으므로 타이탄의 대기 중에서 Cyclopropenylidene을 발견했다는 것은 중요합니다"라고 말합니다.
2026년에 타이탄에 착륙기를 보내는 미션 '드래곤플라이'의 부주임 연구원인 멜리사 트레이너 씨는 "타이탄은 생명이 태어난 고대 지구와 유사한 화학반응을 관찰할 수 있는 실험실이라고 생각합니다. 드래곤플라이를 통해 우리는 Cyclopropenylidene보다 큰 분자를 찾을 예정입니다. 그러나 '복잡한 유기분자가 형성되어 지표면에 쏟아진다'는 화학반응을 이해하기 위해서는 먼저 대기 안에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 알 필요가 있습니다."라고 말합니다.
겨울의 맑은 밤하늘 중에서도 단연 눈에 띄는 오리온자리 세 별의 중앙 하부에 위치한 성운이 육안으로 확인할 수 성운 중 가장 밝은 것 중 하나가 '오리온성운'입니다. 오리온성운을 5년 이상 계속 촬영했다는 천체 사진작가 Matt Harbison 씨가 자신의 찍은 사진을 하나로 이어진 25억 화소의 초고해상도 사진으로 완성했습니다.
Harbison 씨는 약 4800달러(약 500만 원)의 1620만 화소인 KAF-16200 이미지 센서를 탑재한 천체사진 전용 카메라 'QHY 16200 CCD'로 2508장의 사진을 5년 이상 촬영.
모든 사진을 한 장으로 합치기 위해 SequenceGenerator Pro, PHD2 Guiding, Pixinsight, Astro Pixel Processor, Adobe Photoshop을 사용하여 500시간 이상에 걸쳐 편집했다고 합니다. 2020년 봄 무렵에 첫번째 이미지 처리를 했을 때에는 PC 사양 문제로 처리할 수 없어서 Harbison 씨는 2020년 8월 24코어의 'Ryzen Threadripper'에 메모리 256GB를 탑재한 PC를 새로운 구입하여 이미지 처리에 재시도. 사진의 위치 결정 작업에 23시간, 결합 작업에 19시간 총 42시간을 소요하여 하나의 초고화질 이미지를 만들어 냈습니다.
Harbison 씨의 오리온성운에 거는 열정은 '오리온의 대칭이 원점'이라고 합니다. "나는 오리온의 대칭을 어린시절 부모, 조부모와 함께한 캠프에서 나뭇잎 스치는 소리와 함께 바라보고 있었고, 보이스카우트 캠프에서는 작은 망원경을 통해 보았습니다. 처음으로 Dobsonian 망원경을 통해 오리온을 봤을 때에는 이 성운의 색조에 감동했습니다. 대학 통학로의 상공에는 오리온이 희미하게 떠 있어 항상 지도받는 느낌이었습니다. 내 인생에서 발생한 큰 결정이나 사건에서 오리온은 내 의식에 참여했다고 생각합니다"라고 Harbison 씨는 말합니다.
우주물리학에서 다양한 업적을 세운 권위자인 로저 펜로즈 씨는 블랙홀의 형성이 일반상대성 이론을 뒷받침한다는 것을 밝혀내 2020년 노벨 물리학상을 수상했으며, 펜로즈의 삼각형 · 펜로즈의 계단과 같은 불가능도형의 고안으로 알려진 인물. 펜로즈 씨는 "빅뱅 이전에도 다른 우주가 존재했고 지금도 관찰할 수 있습니다"라고 말합니다.
빅뱅은 우주의 시작처럼 생각되고 있지만 빅뱅이 발생하기 이전에 또 다른 우주가 존재했고, 그 흔적을 지금도 관찰할 수 있다고 펜로즈 씨는 말합니다. "빅뱅은 시작이 아니라 빅뱅 이전에 무언가가 존재하고 있었다는 것입니다. 그것은 우리의 미래에 있는 것이라고 말할 수도 있습니다. 우리가 지금 있는 우주는 팽창을 반복하고 있고, 모든 질량은 감쇄해 가고 있습니다만, 나의 광기 어린 이론에 따르면, 다른 힘에 의한 빅뱅이 먼 미래에 있습니다."라고 펜로즈 씨는 주장합니다.
소멸된 블랙홀의 흔적이자 강력한 전자파가 관찰되는 영역인 '호킹 포인트'가 이전에 존재하고 있었다고 생각되는 우주의 흔적이라고 합니다. 펜로즈 씨는 2019년의 연구에서 20개의 호킹 포인트에 대해 언급했지만, 2020년의 연구에서는 "적어도 6개의 호킹 포인트가 우주 마이크로파 배경방사(CMB) 내에 존재한다는 확실한 증거가 있습니다"라고 주장합니다. 펜로즈 씨는 CMB 내의 호킹 포인트에 대한 이론을 왕립천문학회에서 발표하였고, 호킹 포인트의 존재가 입증되면 빅뱅 이전의 우주의 존재가 더 확실한 것이 될 것이라고 합니다.
또한, 펜로즈 씨의 주장과 마찬가지로 우주는 팽창을 반복하다 수축하여 무차원의 특이점으로 수렴한 후 새로운 빅뱅이 일어날 가능성이 있다는 가설 'Big Crunch'를 지지하는 과학자도 많이 존재하는 반면, 일부 연구자는 "논쟁의 여지가 있다"고 지적도 나오고 있습니다.
펜로즈 씨는 스티븐 호킹 씨와 함께 물체가 고밀도의 한계치에 도달하면 중력 붕괴를 일으켜 무한 질량에 도달하고 이미 알려진 자연 법칙이 모두 사라진다는 특이점 정리를 증명한 것으로도 알려져 있습니다. 펜로즈 씨와 호킹 씨의 특이점 정리에 관한 논문은 '상대성 이론에 대한 아인슈타인 이후의 가장 중요한 기여'라고 평가받고 있습니다.
캠브리지대학의 천문학자인 마틴리스 교수는 펜로즈 씨의 노벨상 수상에 대해 "그는 놀라울 정도로 독창적이고 60년 이상 창조적인 통찰력을 제공하여 왔습니다. 펜로즈 씨와 호킹 씨는 아인슈타인 이후 중력에 대한 심도있는 지식을 가장 많이 달성한 인물입니다. 노벨상 수상이 너무 늦어 호킹 씨가 펜로즈 씨와 명예를 나눌 수 없다는 현실이 매우 유감입니다"라고 말합니다.
펜로즈 씨는 이번 수상시기에 대해서 긍정적인 견해를 나타내며 "일찍 수상하는 바람에 연구가 무산되었던 과학자를 알고 있기 때문에, 노벨상 수상이 너무 빠른 것도 결코 좋다고 생각하지 않습니다."라고 말합니다.
길이 269미터 · 높이 53미터 · 총중량 4만 6328톤으로 당시 세계 최대의 여객선이었던 타이타닉은 1912년 4월 14일 북대서양 위에서 빙산에 접촉하여 침몰했습니다. 피해자가 1500명 이상이라는 20세기 최대의 해난 사고인 타이타닉호의 침몰은 몇 번이나 영화나 소설의 소재가 되어 전해지고 있습니다. 그런 타이타닉호의 침몰에 오로라가 관련되어 있다는 가설이 발표되었습니다.
타이타닉이 침몰한 직접적인 원인은 빙산과의 접촉하지만, 왜 빙산에 충돌해 버렸는지, 그리고 왜 몇 시간이라는 빠른 속도로 침몰하여 버렸는지는 알려지지 않았고 '직전 일어난 화재로 인한 강도 저하', '키잡이의 조선 미스', '보험 목적의 음모', '미라의 저주' 등 다양한 가설이 제기되고 있었습니다.
by Jeffrey
타이타닉호는 접촉 직전까지 다른 선박으로부터 빙산에 대해 경고하는 무선을 받았었고 감시역이 거대한 빙산의 존재에 대해 인식하고 경고했었지만, 배의 조타가 늦어 회피에 실패. 선체에는 2미터 정도의 균열이 발생했습니다. 최종적으로 선체 중앙이 둘로 갈라져 불과 3시간 만에 침몰했다는 사실은 생존자의 증언이나 침몰한 타이타닉의 심해 조사 등에서 밝혀지고 있습니다.
기상학자인 미라 진코봐 씨는 생존자의 목격 증언에서 '타이타닉이 침몰한 밤에 오로라를 보았다'라는 부분에 주목했습니다. 사고가 있었던 밤은 달이 뜨지 않았었고, 오로라 빛이 바다에 떠 있는 승객을 비추어 있지 않았다면, 구조 활동은 더 어려웠을 것이었다고 진코봐 씨는 추측합니다.
by Fernando García Redondo
거기에 더해 진코봐 씨는 "만약 그날에 오로라가 없었다면 타이타닉은 침몰하지 않았을지도 모릅니다"라고 주장하고 있습니다. 오로라는 태양에서 불어오는 태양풍이라는 하전 입자가 지구의 대기와 충돌하여 발광하는 현상입니다. 진코봐 씨는 이 하전 입자가 자기장 신호와 전기 신호를 방해할 가능성을 지적하고 있습니다.
예를 들어, 타이타닉 침몰 사고의 공식 보고서에는 "아마추어 무선 운영자가 타이타닉과 다른 선박과의 통신을 방해하는 전파를 발생시켰다"고 비난하는 증언이 기록되어 있는데, 이 방해 전파야말로 태양풍에 의한 통신 장애였을 가능성을 진코봐 씨는 지적합니다. 또한 당시 무선국의 사람은 태양풍에 의해 발생하는 통신 장애를 파악하지 못했을 것이라고 추측하고 있습니다.
최악의 경우 태양풍의 영향으로 항해 장치에 이상이 생겼을지도 모른다고 진코봐 씨는 주장하고 있습니다. 예를 들어, 선박의 진로를 결정하는 나침반에도 태양풍이 영향을 미칠 수 있고, 0.5도의 진로의 차이가 선박의 조타를 방해하여 생사를 가르게 되었을지도 모른다고 말합니다.
by Xavier Lafarge
태양풍이라는 우주 날씨가 타이타닉호 침몰 사고의 원인이라는 진코봐 씨의 가설에 대해 과학 뉴스사이트 Phys.org는 "오로라가 선박의 항해 장비를 오작동나게 했다면, 현대의 선박도 같은 현상을 경험하고 있습니까?", "오히려 오로라가 더 명확하게 바다를 비추어 더 빨리 빙산에 주의했을 것"이라는 회의적인 시각을 보이고 있습니다.
원주율은 2020년 현재 소수점 이하 50조 자리까지 계산될 정도로 엄청난 자릿수를 가지는 숫자입니다. 일반적으로 '3', '3.14'와 같은 숫자로 계산되지만 자릿수가 잘리는 만큼 결과의 정확도는 손상되어 버립니다. 정확함이 필요한 우주개발 현장에서는 '원주율을 몇 자리까지 사용하고 있는가?'라는 질문에 대해 미국의 항공우주국(NASA)가 실제로 사용하는 값과 그 이유에 대해 답변합니다.
'NASA의 제트 추진 연구소(JPL)는 원주율을 계산에 사용할 때, '3.14'를 사용하고 있습니까? 아니면 소수점 이하 300자리 정도의 긴 값을 사용하여 있는 겁니까?'라는 질문이 NASA의 Facebook에 작성되었습니다.
NASA의 Dawn mission 책임자 겸 수석엔지니어인 마크 레이맨 씨는 이 질문에 "JPL의 행성 간 항행시스템의 가장 정확한 계산은 소수 15자리로 반올림된 '3.141592653589793'을 사용하고 있습니다"라고 대답했습니다.
레이맨 씨에 따르면, 원주율을 사용하는 데 있어 적절한 수준의 오차를 고려하여 소수의 절단을 실시하고 있다는 것. 레이맨 씨는 "과학자가 실시하는 물리적인 실제 계산에는 소수점 이하의 수치를 많이 포함하지 않아도 되는 경우가 많습니다."라고 말합니다. 실제 NASA에서 이루어지고 있는 원주율을 사용한 계산의 예를 3가지 들면서, 원주율과 오차에 관해서 설명하고 있습니다.
◆ 1 : 지구 지구 둘레를 생각하면, 적도의 위치를 기준으로 하면 직경은 약 7926마일(약 1만 2742km). 소수 15자리로 반올림한 원주율을 사용하면 지구 둘레는 약 2만 4900마일(약 4만km)입니다. 이 때 생기는 오차는 나노미터 단위로 분자 1개분의 크기 정도라는 것. "물론 분자에는 다양한 종류가 있으며, 크기도 다양하지만, 이 예가 이해에 도움이 되었으면 합니다. 자릿수를 늘리지 않은 원주율 의한 오차는 머리카락 1개의 1만분의 1 정도입니다."라고 레이맨 씨는 설명합니다.
◆ 2 : 보이저 1호 레이맨 씨는 지구에서 가장 먼 거리에 도달하고 있는 우주선 보이저 1호도 예로 들어 설명합니다. 보이저 1호는 현재 지구에서 약 125억 마일(약 201억 1680만km) 이상 떨어진 곳에 존재하고 있습니다.
'만일 125억 마일의 반경을 가지는 원형이 있다고 가정하고, 원주율을 소수 15자리로 반올림해 계산하면 원주는 780억 마일(약 1255억 2883만km)을 갓 넘긴 값이 됩니다. 주의할 점은 '값이 정확한지'가 아니라 '원주율의 자릿수를 줄인 영향으로, 얼마나 오차가 발생했는지' 입니다. 소수점 이하 15자리까지의 원주율은 원주에 약간의 오차가 있을 수 있지만, 반경 125억 마일의 원형의 둘레를 계산했을 경우의 오차는 약 1.5인치(약 3.81cm)밖에 되지 않습니다. 생각해보십시오. 780억 마일 이상의 원형 원주에 대하여 그 오차는 인간의 새끼손가락 길이 정도입니다"라고 레이맨 씨는 말합니다.
◆ 3 : 우주 "존재할 수 있는 최대 크기, 우주의 크기로 생각하자. 우주의 반경은 약 460억 광년입니다. 만약 반지름 460억 광년의 원형의 둘레를 가장 간단한 원자인 수소 원자의 직경 0.1나노미터 정도의 오차밖에 생기지 않도록 정확하게 계산하려면 원주율은 몇 자리가 필요할까요?"라고 레이맨 씨는 묻습니다.
레이맨 씨에 따르면, 대답은 '소수점 이하 39자리 또는 40자리가 필요'하다는 것. "우주가 얼마나 환상적이고 광대한지 생각해보십시오. 가장 어둡고 아름다운 별로 가득한 밤을 눈으로 볼 수 있지만, 우주는 우리가 상상할 수 있는 범위를 훨씬 초과하고 있습니다. 그리고 1개의 원자는 엄청나게 작다는 것을 생각해보십시오. 원자에서 우주까지 전 범위를 커버하기 위해 수십 자리의 원주율을 쓸 필요가 없다는 것을 알 수 있습니다"라고 레이맨 씨는 말합니다.
연구를 발표한 호주국립대학의 원자핵 물리학자 안톤 워르너 교수가 이끄는 연구팀은 중이온 가속기 시설(HIAF)의 초고감도 질량분석기를 이용하여 해저 부분에서 채취된 3만 3000년 전의 퇴적물을 조사했습니다.
그 결과, 철 동위원소이자 방사성 물질인 60Fe의 흔적을 발견했다고 워르너 교수는 발표했습니다.
반감기 260만 년의 60Fe는 완전히 붕괴할 때까지 1500만 년 정도 걸리는 데, 초신성 폭발 등의 핵융합 반응에서 발생하는 것으로 알려져 있습니다.
지구의 나이가 약 46억 년이기 때문에 3만 3000년 전 해저 퇴적물에서 발견된 60Fe는 처음부터 지구상에 존재한 것이 아니라 외계에서 온 물질일 가능성이 높다고 워르너 교수는 주장합니다.
지난 수천 년 동안 지구를 포함한 태양계는 국부항성간운(LIC)라고 불리는 가스와 먼지운 속을 이동해 온 것으로 알려져 있습니다. 이 LIC의 기원은 분명하지 않지만, 60Fe가 LIC 유래라고 추정한다면, LIC는 초신성 폭발에 의해 발생한 것으로 생각됩니다.
워르너 교수에 따르면, 지금까지의 연구에서도 260만 년 전과 600만 년 전 해저 퇴적물에서 60Fe가 발견된 것으로 확인되었다고 합니다. 시대에 따라 60Fe의 양에 차이가 보여, 해저 퇴적물에서 발견된 60Fe는 우주에 균일하게 존재하는 물질이 아니라 태양계가 LIC를 통과했을 때 초신성의 잔해가 외계로부터 흩뿌려져 내린 것을 시사하고 있다고 말할 수 있습니다.
워르너 교수는 "최근의 논문에서는 먼지에 포함된 60Fe가 성간물질로 떠돌고 있을 가능성이 제시되어 있습니다. 그리고 성간의 60Fe는 더 오래된 초신성 폭발에서 유래하고 있어, 우리가 검출한 것은 태고의 초신성 폭발을 반영한 것입니다."라고 말하며, 다른 시대의 해저 퇴적물에 포함된 60Fe의 검출을 향후 연구 과제로 꼽았습니다.
지구 주변의 궤도를 비행하는 물체(우주왕복선이나 인공위성 등)의 표면 온도는 기기를 구성하는 물질의 태양광(적외선) 흡수 정도와 그 표면에서 열을 방출하는 정도에 따라 달라집니다. 대략적인 값은 음영인 부분은 마이너스 150도, 태양광에 노출된 부분은 플러스 120도 정도입니다.
백색 재료는 적외선을 잘 흡수하지 않고 열을 방출하지 않기 때문에 비교적 온도 변화가 적습니다. 한편 검은 색 재료는 적외선의 흡수는 좋지만, 열을 방출하기 쉬워서 태양광이 닿으면 고온이 되고 그늘지면 반대로 저온이 됩니다.
ISS의 라디에이터 (European Space Agency)
인공위성 등은 이러한 재질을 잘 조합하여 적당한 온도 범위가 되도록 설계되어 있습니다. 그래도 온도가 너무 극심하면 히터를 추가하거나 방열판(라디에이터)을 추가할 수 있습니다.
우리은하에 추정 나이 132억 년인 별이 존재한다는 연구결과가 발표되었다. 나이를 알고 있는 존재로는 가장 고령으로, 사실이라면 빅뱅에서 단 5억 년 후에 탄생한 것이다. 우리의 은하계도 그 무렵에 형성되었을지도 모른다.
방사성 원소에 의한 별의 연대 측정 개념도. 그래프는 별이 탄생하고 나서 방사성 원소가 줄어드는 모습을 나타낸다. (제공 : ESO)
유럽남방천문대(ESO)의 천문학자 등으로 구성된 연구팀에 따르면 우리 은하계에 존재하는 별 HE 1523-0901의 나이는 132억 년 전후이다. 46억 살이라는 태양의 나이에 비하면 훨씬 고령으로, 현재 추정되고 있는 우주의 나이 137 억 년에 필적한다. 우주의 역사가 시작된 시점부터 생존한 귀중한 존재이다.
천문학자들이 이 별의 나이를 측정하는 방법은 고고학자가 자주 사용하는 수단에 가깝다.
고고학은 시료에 포함된 '탄소14'의 비율에서 그 연대를 구한다. 탄소14는 자연계의 탄소에 아주 작은 비율로 포함되어 있으며, 어느 정도 시간이 지나면 방사선을 방출하고 다른 원소로 변해 버린다. 이러한 원소는 '방사성 원소'라고 되어 있고, 다른 원소로 바뀔 때까지 시간 단위를 '반감기'로 표현할 수 있다. 반감기는 일정량의 방사성 원소 중 절반이 변화해 버리는 시간으로, 탄소14의 경우는 약 6천 년. 살아있는 식물에 포함된 탄소14의 양은 일정하고 죽은 시점부터 줄어드는 점을 이용하여 목재 등에 포함된 탄소14의 비율을 측정하면 그 연대를 역산할 수 있다.
그러나 '탄소14'에서 측정할 수 있는 기간은 고작 수만 년. 100억 년 이상의 연대 측정을 하려면 반감기가 끝없는 방사성 원소를 선택해야 의미가 있고, 후보는 두 가지로 좁혀진다. 토륨232(반감기 140억 년)와 우라늄238(44.7억 년)이다. 둘 다 무척 무거운 원소로 막대한 에너지 방출을 동반하는 초신성 폭발로 만들어진다. 연구 그룹은 이 밖에도, 오스뮴과 이리듐 등 역시 초신성 폭발이어야 만들어지는, 하지만 방사성이 아닌 원소도 측정했다. 토륨232와 우라늄238가 이들 원소에 비해 적을수록 그 별은 고령이라고 말할 수 있을 것이다.
토륨과 우라늄, 그리고 비교에 사용된 원소는 모두 수소와 헬륨 등 별의 주원료에 비하면 무척 존재량이 적다. 따라서 관측은 난해했다. HE 1523-0901는 예외적으로 우라늄 등의 비율이 높아 연대를 측정할 수 있는 몇 안 되는 별이다.
Felix Mittermeier
'132억 년'이라는 결과도 전후 20억 년의 오차가 있다고 연구진은 생각한다. 정확성을 높이기 위해서는 HE 1523-0901과 같은 항성을 더 찾아야 한다. 다만 이번 결과가 최근의 관측에 근거 우주 나이와 일치하는 점과 HE 1523-0901를 포함한 은하계가 100억 년 전에 형성되어 있었다는 것으로 나타났다는 것만으로도 성과라고 말할 수 있다.
앞에 보이는 것이 'Fermi J1913+0515'라는 가스구름으로, 뒤에 보이는 것은 'SS433'라는 이름의 마이크로 퀘이사. 둘 다 우리은하에 존재한다 (Image : DESY, Science Communication Lab)
무엇인가가 태어날 조짐 ...?
직경 약 10만 광년에 달하는 우리은하에는 대략 2,000억 개의 별이 빛나고 있습니다. 별과 별 사이에는 가스나 먼지가 떠다니고, 고농도의 부분은 성간가스구름이라고 하며, 광대한 은하계 곳곳에 자리잡고 있습니다.
이러한 가스구름 중 하나에서 162일 간격으로 감마선을 방출하고 있는 것이 발견되었다고 합니다. 더욱 놀라운 것은 이 'Fermi J1913+0515'라고 되어있는 가스구름은 100광년 떨어진 곳에 있는 블랙홀의 활동과 훌륭하게 싱크로 하고 있다고 합니다.
8월 17일자로 Nature Astronomy에 게재된 논문이 밝힌 바로는, 10년 이상의 관측데이터를 기초로 독일 · 스페인 · 중국 · 미국의 연구자들이 공동으로 발견했다고 합니다. 어떻게 싱크로하고 있는지, 왜 싱크로 하는지는 아직은 규명되지 않은 것 같습니다.
마이크로 퀘이사의 고동
여름 별자리의 대표 주자, 독수리자리. 그 독수리자리의 부근, 지구에서 1만 5000광년 떨어진 곳에, 육안으로는 보이지 않지만 'SS433'라는 특수한 천체가 확인되고 있습니다.
SS433은 인류가 처음 발견한 '마이크로 퀘이사'. 퀘이사란 은하의 중심에서 소용돌이치는 초거대 블랙홀이 대량의 물질을 삼키면서 빛나고 있는 모습으로, 상하로 뿜어내는 2개의 제트가 특징입니다. 마이크로 퀘이사도 이와 비슷한 구조로 두 개의 제트를 가지고 있습니다.
물론 마이크로 퀘이사에도 블랙홀이 숨어 있습니다. 하지만 퀘이사급의 블랙홀과 비교하면 소형인 것 같습니다. SS433의 블랙홀은 10~20태양질량 정도로 그 옆에는 30태양질량 정도의 항성이 있고, 둘은 중력으로 상호작용하면서 서로를 빙빙 도는 '근접 연성'의 관계에 있습니다.
SS433은 근접 연성. 블랙홀이 인근 별에서 가스를 벗겨내고 있는 모습. (Image : DESY, Science Communication Lab)
작지만 강력한 중력을 가진 SS433 블랙홀은 옆의 별에서 대량의 가스를 벗겨내고 있습니다. 벗겨낸 가스는 마치 목욕 마개를 빼내면 물이 배수구 주변을 소용돌이치며 즉시 빠져나가지 않는 것처럼, 강착원반에 쏟아져, 빙글빙글 돌면서 점차 블랙홀로 떨어져 간다고 연구의 대표저자인 독일의 전자싱크로트론 소속 Jian Li 씨는 설명합니다.
Li 씨에 따르면 그중 일부의 물질이 강착원반에 팅겨져 블랙홀에 떨어지지 않고, 제트로 상하 수직 방향으로 힘차게 분출된다고 합니다.
제트는 단지 물질을 멀리 날려버릴 뿐만 아니라 감마선이나 X선을 대량으로 방출하고 있다고 합니다. 그래서 페르미 감마선 우주망원경으로 관측하면 제트의 모습을 파악할 수 있다고 합니다.
요동치는 제트
SS433의 블랙홀 주변에 펼쳐지는 강착원반은 블랙홀과 항성의 궤도면과 딱 겹치는 것이 아니라, 약간의 차이가 있다고 합니다.
블랙홀이 팽이 모양을 하고 있다고 상상해보십시오. 이 팽이는 빙글빙글 자전하면서 옆의 항성 주위를 공전하고 있는 것입니다만, 축이 기울어져 있기 때문에 돌면서 휘청거림과 비틀거림이 생긴다고 합니다.
천문학에서는 이 비틀거림을 '세차운동'이라고 합니다. 그리고 이 세차운동이 있기 때문에, SS433의 블랙홀에서 분출되는 제트는 나선형을 그린다고 합니다.
요동치는 제트가 나선형을 그리는 모습. (Image : DESY, Science Communication Lab)
Li 씨 연구팀은 이 나선형으로 나타나는 강착원반의 비틀거림이 무려 162. 25일의 주기로 일어나고 있는 것을 발견했습니다. 위에서 언급한 가스구름 'Fermi J1913+0515'이 감마선을 방출하는 시기와 일치합니다.
지난 10년간 페르미 감마선 우주망원경이 관측한 데이터를 조사한 결과, 역시 SS433의 비틀거림과 Fermi J1913+0515의 감마선 방사는 완전히 일치하는 것을 밝혀냈습니다.
이해할 수 없는 점은, SS433에서 방출되는 제트 2개는 모두 Fermi J1913+0515와 교차하지 않는데 어떻게 동기화되느냐는 점입니다
연구자 Li 씨는 SS433에서 유출하고 있는 양자가 Fermi J1913+0515로 작용하고 있는 것은 아닐까? 라는 가설을 세우고 있습니다. 또한 "간섭성을 유지하기 위해서는, SS433과 Fermi J1913+0515 사이에 자기 터널이 연결되어 있다고도 생각할 수 있습니다"라고 덧붙입니다.
1916년 독일의 천체물리학자 칼 슈바르츠실트는 아인슈타인의 일반상대성 이론의 방정식으로, 세계 최초로 '블랙홀'이라는 천체의 존재를 이끌어 냈습니다. 그 후, 전파나 적외선, 가시광선, X선 등 다양한 파장의 빛을 사용하여 우주를 관측할 수 있게 되어, 거의 모든 은하의 중심에는 매우 강한 중력으로 모든 것을 흡입하면서 성장하는 블랙홀이 존재하는 것으로 나타나고 있습니다.
"블랙홀에 대햔 이해는 은하, 나아가 우주의 형성 과정을 이해하는 데 도움이 됩니다. 따라서 수많은 천문학자들이 블랙홀에 주목하고 있는 것입니다. 어린시절, 블랙홀이라고 하면 정체를 알 수 없는 것이라고 생각했지만, 학창시절, 블랙홀을 간접적으로 실제로 관측할 수 있다는 사실을 알고,이 길로 나아가는 것을 결정했습니다'고 말하는 국립천문대 천문시뮬레이션 프로젝트의 카와시마 특임연구원.
관측이 진행중인 블랙홀
별 정도의 질량을 가진 블랙홀에 초점을 맞추어 보자. 모든 별은 우리처럼 수명이 있습니다. 그 일생은 수천만 ~ 수십억 년으로 알려져 있으며, 수명을 다하면 별은 더 작고 밀도가 높은 천체로 바뀝니다. 밀도는 원래 별의 질량에 의해 결정됩니다. 태양 질량의 별은 1cm 각의 체적 질량이 약 1t인 '백색 왜성'이 되고, 태양의 8 ~ 30배 질량의 별은 1cm 각의 체적의 질량이 약 5억t인 '중성자별'이 됩니다. 더 무거운 별은 1cm 각의 체적 질량이 200억t 이상에 이르는 블랙홀이 될 것입니다.
시공은 천체의 중력에 의해 왜곡될 수 있다고 아인슈타인에 의해 처음 제창되었습니다. 서두에서 소개한 칼 슈바르츠실트는 아인슈타인 방정식을 풀어, 실제 우주에서 어떤식으로 생성되는지에 대해서는 제쳐두고, 블랙홀의 해가 존재하는 것을 보여주었습니다. 후속 연구를 통해 별의 최후에 기인한 초신성 폭발로 너무 밀도가 높아진 천체는 자신의 중력을 지탱하지 못하고 중심을 향해 수축을 계속하여 시공을 크게 왜곡하고 결국 시공에 구멍을 뚫어버리는 것을 알 수 있었습니다. 그 천체가 블랙홀이라는 것입니다.
블랙홀은 중력이 매우 강하기 때문에 일단 블랙홀에 빨려들어가 버리면, 빛조차 탈출할 수 없습니다. 빛과 물질이 탈출하지 못하는 경계는 '사건 지평선'이라고 불리고 있습니다. 사건 지평선의 안쪽에서는 빛조차도 탈출할 수 없기 때문에, 블랙홀의 직접적인 관찰을 할 수 없습니다. 그러나 블랙홀 주위의 물질을 관찰함으로써 간접적으로 관측할 수 있습니다. 블랙홀 근처에 있는 천체와 천체에서 흘러나오는 물질은 각운동량을 가지고 있기 때문에 곧바로 블랙홀에 빨려들어가는 것은 아니고, 블랙홀 주위를 소용돌이 치면서 서서히 떨어져 가는 것을 알 수 있습니다. 이 소용돌이를 '강착원반'이라고 합니다.
블랙홀의 강착원반과 제트. 이미지
중심의 검은 동그라미가 블랙홀 (NASA / JPL-Caltech 제공)
또한 블랙홀에 완전히 빨려들어가지 않은 물질의 일부는 제트가 되어 강착원반의 표면에서 수직으로 힘차게 분출됩니다. 제트는 가늘게 좁혀진 고온의 가스 흐름으로, 빛의 속도의 99%에 이릅니다.
그리고 블랙홀 주변에서는 윈드라는 제트보다 느린 분출류도 확인되고 있습니다. 강착원반과 제트, 윈드에서 다양한 파장의 빛이 방출되어, 전파 및 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등으로 관측되고 있습니다.
블랙홀이 은하에 미치는 영향
빛을 방출하거나 제트, 윈드를 분출시키거나 하려면 엄청난 에너지원이 필요합니다. 이 에너지의 근원이 블랙홀의 중력에너지이며, 그것을 열 등의 에너지로 변환하는 것이 강착원반입니다. 강착원반의 내부 물질과 외부 물질의 회전 속도가 다릅니다. 중력은 안쪽으로 갈수록 강하기 때문에 내부가 더 빨리 회전하고 회전 속도의 차이에 의해 원반에 마찰열이 발생합니다. 이 열에서 빛이 나오는 것입니다. 또한 이 때 태어난 빛의 압력(방사압)이나 자기장이 제트를 가속시키고 있다고 생각할 수 있습니다.
이들이 주변의 은하에 강한 영향을 주고 있는 것은 상상하기 어렵지 않습니다. 그러나 어느 정도 은하의 형성과 진화에 영향을 미치는지에 대해서는 거의 알려져 있지 않습니다. 그 원인은 에너지원인 강착원반과 제트의 메커니즘이 복잡하여 계산을 푸는 것이 힘들기 때문입니다. 어느 정도의 에너지가 어느 방향으로 빛과 제트 그리고 윈드가 방출되는지는 미해명 상태입니다.
그래서 가와시마 씨는 블랙홀 주위의 플라즈마(강착원반과 제트, 윈드)의 관측 결과와 비교하면서, 슈퍼컴퓨터를 사용하여 수치 시뮬레이션을 실시. 강착원반에 대한 이해를 통해 블랙홀 자체와 블랙홀과 은하의 관계에 대해 규명하려고 노력하고 있습니다.
NASA Visualization Shows a Black Hole's Warped World NASA
한계를 넘어 밝아진 블랙홀의 강착원반과 신비의 X선원
현재 블랙홀은 질량의 차이에 따라 3종류로 나눌 수 있습니다. 우선, 태양의 약 10배 질량의 '항성질량 블랙홀', 태양의 100 ~ 1만 배 질량의 '중간질량 블랙홀' 그리고 태양의 100만 ~ 100억 배 질량의 '초거대질량 블랙홀'입니다. 이것들은 형성과정이 다르다고 생각됩니다. 항성 질량 블랙홀은 서두에서 언급했듯이 별이 수명을 맞이할 때 일어나는 초신성 폭발로 형성될 수 있다고 믿고 있습니다. 그러나 초거대질량 블랙홀의 형성과정은 거의 알려져 있지 않습니다. 현재는 블랙홀끼리의 합체와 초임계강착이라는 두 가지 시나리오가 있습니다.
한편, 중간질량 블랙홀에 대해서는 다양한 논의가 이루어지고 있습니다. 현재 고휘도 X선원이라는 매우 밝은 천체가 500개 이상 관측되고 있으며, 그 중심에 중간질량 블랙홀이 존재할 가능성이 나타나고 있습니다. 왜냐하면 에딩턴 한계는 블랙홀의 질량에 비례하므로 질량이 충분히 큰 경우에는 에딩턴 한계를 초과하지 않아도 매우 밝게 빛날 수 있기 때문입니다. 중간질량 블랙홀의 합체와 중간질량 블랙홀의 질량 강착은 초거대형질량 블랙홀의 형성 시나리오 중 하나로 여겨지고 있습니다. 그러나 고휘도 X선원의 중심에있는 블랙홀이 초임계강착에 의해 빛나고 있다고한다면, 고휘도 X선원의 정체는 항성질량 블랙홀이 되어, 새로운 시나리오를 생각하지 않으면 안됩니다. 따라서 현재 고휘도 X선원은 블랙홀의 성장을 생각하는데 있어서 중요한 요소의 하나가되고 있습니다.'라고 카와시마 씨는 말합니다.
컴퓨터 시뮬레이션으로 블랙홀 강착원반의 새로운 복사 스펙트럼 상태에 접근 현재 초임계강착 블랙홀의 복사 스펙트럼의 관측 결과는 적고, 이론 연구도 많이 진행되고 있지 않습니다. 그래서 가와시마 씨가 진행하고 있는 것이, 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 초임계강착 블랙홀의 복사 스펙트럼의 계산입니다. "지금까지 발견된 중요한 것 중 하나는 초임계강착은'콤프턴 산란'과 '역콤프턴 산란'이 깊이 관여하고 있다는 것입니다. 시뮬레이션에 콤프턴 산란과 역콤프턴 산란의 계산식을 넣으면 관측 결과와 정확히 일치하는 반면, 넣지 않으면 관찰 결과와 전혀 다른 결과를 얻을 수 있습니다"라고 말하는 카와시마 씨.
콤프턴 산란은 빛이 전자와 충돌하여 빛의 주파수가 원래 주파수보다 작게되는 현상을 말하며, 빛에서 전자로 에너지가 전달됩니다. 전자의 온도가 빛의 온도보다 높은 영역에서는 반대로 전자에서 빛으로의 에너지 전달되는 역콤프턴 산란이 일어납니다. 즉, 초임계강착에서는 빛과 전자 사이의 에너지 전달이 중요한 요소가 되고있는 것이 판명되었습니다. 이 계산에 의해 블랙홀 강착원반의 새로운 복사 스펙트럼 상태의 존재가 나타났습니다.
또한 카와시마 씨는 일반상대성 이론과 자기장의 효과를 포함한 시뮬레이션에 의한 방사 스펙트럼 계산에 착수하고 있습니다. "조금 전의 빛(복사)과 물질의 흐름을 다루는 '복사유체 시뮬레이션'을 통해 초임계강착하는 항성질량 블랙홀을 시뮬레이션 방사 스펙트럼으로 계산하여 고휘도 X선원의 X선 스펙트럼을 처음으로 재현할 수 있었습니다. 최근에는 세계적으로 초임계강착에 대한 관심이 높아지면서 눈부신 진전이 있습니다. 이번 저의 계산에서는 근사 모델에서만 취급하던 일반상대성 이론과 자기장의 효과도, 동시에 푸는 '일반상대론적 복사자기유체 시뮬레이션'을 시작했으며, 초임계강착의 제트 분출 메커니즘이나 고온 플라즈마의 형성 메커니즘이 서서히 알게 되었습니다.' 앞으로는 일반상대론적 복사자기유체 시뮬레이션에 의한 블랙홀 강착원반의 복사 스펙트럼 계산에 도전함으로써 블랙홀에 대한 이해를 높이고, 은하, 그리고 우주 성립의 수수께끼에 더욱 다가갈 계획입니다.
태양의 85배의 질량을 가진 블랙홀과 66배의 질량을 가진 블랙홀이 충돌하여 합체했을 때 발생한 것으로 간주되는 사상 최대의 중력파가 검출되었습니다. 지금까지 관측되어 온 블랙홀은 대부분 태양 질량의 수십 배 정도인 항성 질량 블랙홀 또는 태양 질량의 100만 배 이상인 초거대 질량 블랙홀로 분류할 수 있었습니다. 하지만 이번에 관측된 중력파는 '중간 질량 블랙홀'이 형성될 때 발생했을 가능성이 지적되고 있습니다.
2019년 5월 21일 'GW190521'라고 명명된 신호를, 미국 루이지애나에 있는 레이저간섭계 중력파관측소인 LIGO에서 검출하는 데 성공했습니다. 검출된 신호는 4개의 짧은 소폭의 신호로, 지속시간은 10분의 1초 미만으로 매우 짧은 것이었다고 합니다.
첨단 계산 도구 및 모델링 도구를 기반으로 한 분석 결과 GW190521은 약 5gigaparsec(약 163억 광년) 거리에서 발생한 중력파인 것이 판명되었습니다. 이것은 지금까지 발견된 중력파 중 가장 먼 곳에서 발생한 것이라고 합니다. 또한 이 중력파는 블랙홀끼리 충돌하고 합체했을 때 발생한 것일 가능성이 높다고 연구진은 생각하고 있습니다.
지금까지 발견되어 온 거의 모든 중력파 신호는, 두 개의 블랙홀 또는 두 개의 중성자별이 충돌하여 합체했을 때 발생했습니다.
새로 발견된 중력파도 약 85태양 질량의 블랙홀과 약 66태양 질량의 블랙홀이 충돌하고 합체했을 때 발생하는 것으로 분석되고 있습니다. 또한, 2개의 블랙홀이 합체한 결과, 142태양 질량의 중간 질량 블랙홀이 탄생되었다고 추측합니다.
연구팀은 발견된 2개의 블랙홀의 자전을 측정한 결과, 블랙홀이 서로 접근하면서 주회하여, 궤도축과 어긋난 각도로 자전하고 있을 가능성을 발견했습니다. 블랙홀의 회전축이 어긋난 이유로는, 두 블랙홀이 서로를 향해 소용돌이 칠 때 세차운동을 일으켰을 가능성이 있기 때문이라고 지적되고 있습니다.
태양 질량의 142배의 질량을 가진 중간 질량 블랙홀이 탄생한 결과, 8태양 질량에 해당하는 막대한 에너지가 중력파의 형태로 우주 전체에 확산됐다고 연구팀은 주장하고 있습니다.
연구팀의 일원이며, 프랑스의 국립과학연구센터(CNRS)의 연구원이기도 한 넬슨 크리스텐슨 씨는 "이번에 검출된 중력파는 매우 강렬한 것으로 LIGO와 Virgo가 발견한 가장 큰 신호입니다"라며 흥분을 감추지 못합니다.
다음은 2개의 블랙홀이 충돌 & 합체하고, 중간 질량 블랙홀이 탄생하는 순간까지를 수치 시뮬레이션하여, 시각화한 영상입니다.
마지막으로 형성된 중간 질량 블랙홀을 만들어 낸 두 개의 블랙홀도 그 크기에 특징이 있습니다.
항성 진화에 대해, 물리학에서는 별의 핵 속에 있는 광자나 가스에 의한 외적 압력이, 내적으로 향하는 중력에 대항하여 별을 유지하고 태양처럼 안정된 상태를 유지하고 있다고 생각되어 왔습니다. 거대한 별의 핵의 경우, 철과 같은 무거운 핵이 융합하여, 외층을 지지하기 위한 충분한 압력을 낼 수 없게 됩니다. 이런 '외적 압력이 중력보다 낮은 상태'가 되면, 별은 자중(自重)에 의해 붕괴하여 '초신성 폭발'이라는 폭발을 일으켜 블랙홀을 형성합니다. 이 블랙홀의 질량은 원래 별의 절반 이하입니다.
따라서 예를 들어 130태양 질량의 별이 초신성 폭발하면 블랙홀은 최대 65태양 질량일 것입니다. 그러나 130 ~ 250태양 질량의 별의 경우, 초신성 폭발보다 큰 에너지를 방출하는 pair-instability supernova 현상이 일어나기 때문에, 120태양 질량 이상의 블랙홀이 형성되어 버린다고 합니다. 즉, pair-instability supernova 현상이 존재하는 한, 65 ~ 125태양 질량의 블랙홀이 형성되지 않을 것이라고 생각되어 왔습니다.
그러나 이번 발견으로 중간 질량 블랙홀을 형성 한 2개의 블랙홀은 각각 66태양 질량, 85태양 질량이라는 '형성되지 않아야 할 질량을 가진 블랙홀'이었기 때문에, "왜 이 같은 질량의 블랙홀이 형성된 것인가를 많은 천체물리학자가 이해하려고 분주하게 될 것입니다"라고 연구에 참여한 크리스텐슨 씨는 말합니다.
우리가 사는 태양계와 은하계는 팬케익 같이 평평한 회전 원반이다. 젊은 별이나 블랙홀, 쌍성 주위 등에도 가스와 암석의 원반이 있다. 원반은 우주의 도처에 존재하고 막대한 에너지를 방출하며 밝게 빛난다. 이 에너지를 만들어내는 메커니즘은 무엇일까?
원반 내부에서는 물질이 중력에 의해 중심을 향해 떨어지는데. 그 때 손실되는 '중력 포텐셜 에너지'가 물질끼리의 마찰에 의해 열이나 빛이 방출된다. 하지만 이 정도의 에너지를 생산하기 위해서는 대량의 물질이 중심으로 유입되어야 한다. 이러한 질량 유입을 일으키는 메커니즘은 알려지지 않았다.
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Kornmesser (ESO)
최근 이 수수께끼에 돌파구를 열었다. 강착원반 내 물질이 전도성을 가지고 자기를 띠고 있다면, 자기장에 의해 원반의 물질 흐름이 불안정하게 되는 것을 알아냈다. 이 불안정성에 의해 난류가 발생하여, 원반 안에서 다양한 물질의 충돌이 일어나고 물질의 유입이 촉진되는 것 같다.
원반은 행성계의 근원이 되는 원시 행성계 원반이나 블랙홀 주위의 원반 등 다양한 종류가 있다. 자기가 유발하는 난류가, 다른 유형의 다양한 원반에서 어떻게 변화하고 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구가 계속되고 있다. 젊은 별과 활동은하의 핵 등의 원반은 입자 제트를 분출할 수 있다. 이러한 제트와 원반의 난류와의 관련도 주목 대상이다.
우리가 사는 태양계를 만들어 낸 것도 강착원반이었다. 강착원반의 해명은 인류가 어떻게 탄생했는지에 대한 해명으로 이어질지도 모른다.
저자 Omer Blaes 캘리포니아대학 샌타바버라 교의 물리학 교수로 지속적으로 강착원반의 동적 구조를 연구해 왔다. 1985년 이탈리아 트리에스테의 국제첨단연구소에서 Ph.D.를 취득 후, 캘리포니아공과대학과 토론토의 캐나다이론천체물리학연구소에서 박사 후 연구원으로 연구에 종사했다. 전문은 고에너지천체물리학. 강착원반의 연구 외에도 블랙홀이나 중성자별, 백색왜성 등 소형 천체에 관심을 가지고 있다.
원제 이름 A Universe of Disks (SCIENTIFIC AMERICAN October 2004)
최근의 관측을 통해 우리가 사는 은하계를 포함하여 대부분의 은하가 그 중심에 블랙홀이 존재하는 것으로 알려졌습니다. 주위의 가스는 그 주위를 회전하면서 천천히 낙하하며 강착원반을 형성합니다. 그러나 물질의 전부가 블랙홀에 삼켜지는 것은 아니고, 일부는 제트라는 초고속 흐름에 의해 먼 곳으로 방출됩니다. 이번 연구에서는, 은하가 가지는 자기장의 역할을 중시하고, 자기장의 강착원반을 거대한 직류발전기로 취급합니다. 그러자 제트는 그것에 의해 구동되는 리니어 모터인 것을 알 수 있습니다. 이 아이디어는 다양한 은하 중심 활동 현상을 고려할 때 자연스럽고 발전성 있는 모델을 제공하는 것 같습니다.
I. 연구의 배경 · 목적
우리의 태양계는 우리은하에 속해 있습니다. 우리은하는 근처의 안드로메다 은하와 마찬가지로 나선형 팔을 가진 나선은하입니다. 우주에는 이 외에도 팔과 같은 구조를 가지지 않는 타원은하도 존재합니다. 최근의 연구에 의해, 이러한 전형적인 은하의 중심에는 태양의 수백만 배에서 수십억 배의 질량을 가진 초거대 블랙홀이 존재하는 것으로 알려졌습니다.
이전부터 은하 중 극소수는 그 중심이 비정상적으로 활발하고 전자기 방사의 넓은 주파수 영역에 걸쳐 대량의 에너지를 방출하고 있는 것으로 알려져 있으며, 그것들을 '활동은하 중심핵(AGN)'라고 부르고 있습니다. 그 중에서도 전파은하라는 종류는, 제트라는 가늘게 좁혀진 고속 플라즈마류의 대칭이 종종 은하 자신의 규모를 넘는 규모로 관측됩니다. AGN의 에너지원은 블랙홀일 것으로 예상되고 있지만, 특별히 눈에 띄는 활동을 보여주지 않는 보통의 은하도 모두 블랙홀을 가지고 있는 것은 의외의 발견이었습니다. 또한 근처에 있는 보통 은하의 중심에서 약한 전자기 방사선을 조사해 보면, 넓은 주파수 영역에 펼쳐져 있고 거의 AGN과 비슷한 스펙트럼 구조를 가지고 있으며 약하지만, 제트 모양의 구조가 보이는 경우도 있다는 것을 알았습니다. 즉, AGN와 보통 은하의 차이는 그 중심의 구조가 질적으로 전혀 다르기 때문이라기보다는, 블랙홀에 공급되는 가스의 양의 다소와 같은 양적인 차이가 원인이라는 것입니다.
그리고 멀리서 블랙홀을 향해 낙하해가는 물질(가스)은 발전소의 댐에 저장된 물처럼, 낙차에 따라 중력에너지를 개방하고, 이를 전력과 같은 다른 유형의 에너지로 변환하는 능력을 가지고 있습니다. 은하 중심부의 가스는 일반적으로 중력 중심을 제대로 노리고 들어오는 것은 아니므로, 중력의 우물 안에서 회전 운동을 하게 됩니다. 이 때 마찰력이 작동하면, 운동에너지의 일부를 열로 변환하면서 서서히 중심부에 떨어집니다. 따라서 고온 가스는 회전면에서 원반 모양으로 퍼진 구조가 되며, 이를 강착원반이라고 합니다. 비유하자면 우주의 거대한 플라이휠입니다. 본 연구에서는 특히 이 이온화 가스의 플라이휠이 실제로 우주의 자기장 속에서 회전하는 것을 중시하고, 거기에다 그것을 직류발전기로 간주합니다. 이 발전기 모델에 따라, 우선 보통 은하의 중심핵과 스펙트럼에, 그것과 매우 유사한 구조를 나타내는 전파은하 중심핵의 성질을 통일적으로 이해하자는 것이 이 연구의 목적입니다.
ESO/L. Calçada
II. 주요 성과
강착원반이라는 양도체가 자기장 속에서 회전하기 때문에 생기는 기전력은, 원반상에 직류전류를 구동하고, 그 전류의 쥴발열에 의해 원반은 가열됩니다. 전류는 강착원반의 외부에서부터 고치형 구조의 초(sheath)를 거쳐 극축(중심축) 부근에 도달하고, 귀환전류로 원반내연부에 돌아옵니다. 극축을 중심으로 모인 전류에 작용하는 자기력이, 이 부분에 있는 이온화 가스를 바깥쪽으로 가속함과 동시에, 가늘게 응축하며 작용합니다. 이것이 제트의 생성과정입니다. 즉, 제트는 강착원반 발전기에 의해 구동되는 리니어 모터에 해당하는 것입니다. 이렇게 하여 발전기 모델은, 강착원반 내연부에서 발생하는 제트를, 대국적인 전류의 순환 형태로 자연스럽게 설명할 수 있었습니다. 또한 모델에 따라 원반의 전자기 방사 스펙트럼을 계산하고 우리은하나 전파은하의 중심핵에 대한 관측 결과를, 만족할 만한 정밀도로 재현할 수 있었습니다. 보통 은하와 전파은하의 스펙트럼의 유사성은, 이러한 유형의 중심핵이 블랙홀에 물질공급량(질량의 강착 속도)이 각각의 기준 한계치보다 훨씬 작게 공급되는 것으로 잘 설명할 수 있습니다. 이외에도 강착원반 바깥의 크기를 이론적으로 예언하여, 관측값과 높은 일치를 얻었고, 자기장의 존재가 물질의 강착 속도를 억제하는 효과를 정량적으로 나타내었습니다. 이 강착 속도의 억제 현상은 관측으로 알려져 있었지만 그 이유가 분명하지 않았습니다.
III 향후의 전개
지금까지의 연구에서 질량의 강착 속도가 기준 한계치에 비해 매우 작은 경우에 관해서는, 자기장내의 강착원반의 구조와 성질에 대해 꽤 잘 이해할 수 있었습니다. 전파은하 관측이 시사하는 바에 따르면, 사실 이 케이스는 웅대한 제트가 발달하기 쉬운 환경에 있는 것 같습니다. 따라서 다음 과제는 제트의 형성과 구조에 대한 정량적인 논의를 진행하여, 특히 강착원반 내연부에서의 상승 과정을 규명하고 그와 함께 강착율을 포함하여 그 밖에도 어떤 물리적 요소가 제트 강약을 좌우하는지에 대해 해명해 갈 예정입니다. 이미 제트의 근원에서 충분히 떨어진 영역의 구조에 대해서는 해결한 부분도 있지만, 중요한 것은 역시 근원 부분입니다. 또한 중심부에는 분사되지 않고 그대로 블랙홀까지 낙하한 플라즈마류도 있습니다. 이 부분의 흐름의 구조와 거기에서의 전자방사에 대해서도 해명해야 합니다. 이 영역은 블랙홀의 극히 근방에 있기 때문에 지금까지는 무시할 수 있었던 일반상대론적 효과를 직접 고려할 필요가 있습니다. 따라서 블랙홀의 자전의 영향 등도 논의할 것입니다. 또한 질량의 강착 속도가 훨씬 큰 경우의 강착원반의 구조와 성질 및 다른 여러 종류의 AGN과의 관련 등 많은 과제가 남아있습니다.
IV 학술 논문 등
1. "Analytic Model of MHD Hollow-Cone Jets" by O. Kaburaki, Prog. Theor. Phys. Suppl. 155, 349-350 (2004). 2. "Viscosity-Driven Winds from Magnetized Accretion Disks" by D. Maruta & O. Kaburaki, Astrophys. J. 593, 85-95 (2003). 3. "Effects of Winds on Radiation Spectra from Magnetized Accretion Discs " by N. Yamazaki, O. Kaburaki & M. Kino, Mon. Mot . R. Astron. Soc. 337, 1357-1367 (2002). 4.Effects of Finite Resistivity on Magnetorotational Instabilities in a Realistic Accretion Flow " by O. Kaburaki, N. Yamazaki & Y. Okuyama, New Astron 7, 283-292 (2002). 5. "Criterion for Generation of Winds from Magnetized Accretion Disks " by O. Kaburaki, Astrophys. J. 563, 505-511 (2001). 6. "Radiation Spectra from Advection-Dominated Accretion Flows in a Global Magnetic Field" by M. Kino, O. Kaburaki & N. Yamazaki, Astrophys. J. 536, 788-797 (2000). 7. "Analytic Model for Advection-Dominated Accretion Flows in a Global Magnetic Field " by O. Kaburaki, Astrophys. J. 532, 210-218 (2000).
연구원 鏑木 修(카부라기 오사무) Osamu KABURAKI 야마구치 대학 이학부 자연정보과학과 물리학 강좌교수 연락처 e-mail : kaburaki@sci.yamagichi-u.ac.jp
먼 은하의 중심에서 빛나는 퀘이사의 상상도 Illustration : NASA, ESA, and J. Olmsted (STScI)
우주에 떠 있는 허블우주망원경(HST) 특유의 웅장한 발견입니다. 미국의 버지니아공대와 우주망원경 과학연구소의 연구원들이 HST에 통한 자외선의 관측데이터를 바탕으로 13개의 퀘이사를 분석한 결과, 그중 3개에서 관측사상 가장 강력한 에너지의 방출을 확인했다고 합니다.
'에너지의 방출'이라고 하면 제트 분사처럼 한 방향으로의 분사를 상상하기 쉽지만, 퀘이사의 경우는 공 대칭의 아웃플로우가 초고속으로 밖으로, 밖으로 퍼져 간다고 합니다. 파도처럼 물결치며 성간 물질과 충돌을 반복하면서 은하 전체에 파급되는 그 거대한 에너지는, 별의 재료가 되는 분자 가스와 먼지 입자를 흩어지게 하여, 새로운 별의 생성을 방해하고 심지어는 은하의 성장을 방해하는 것으로 생각된다고 합니다.
퀘이사란?
'퀘이사'는 우주 최고의 밝기를 자랑하는 천체. 그런데 천체망원경으로 보면 가장 밝은 퀘이사도 13등성 정도의 밝기밖에 되지 않는데, 그 이유는 퀘이사가 훨씬 먼 우주에 있기 때문입니다. 퀘이사로부터의 빛이 지구에 도달하는 데에는 수십억 년이라는 지구의 시간이 지나고 있으므로, 현재 관찰되는 퀘이사는 먼 옛날, 아직 우주가 젊은 시절에 존재했던 과거의 모습입니다.
ESO/M. Kornmesser
퀘이사의 중심에는 초거대 질량 블랙홀이 있어, 밝게 빛나는 것으로 생각됩니다. 블랙홀을 향해 물질이 떨어질 때, 그 물질이 가지고 있던 위치에너지가 열에너지로 변환되어 결국 빛이 방출됩니다. 그 밝기는 블랙홀을 품고 있는 은하 전체가 내는 빛의 1,000배에 이른다고 합니다.
은하를 휘몰아치는 폭풍
그만큼 굉장한 퀘이사의 빛은 동시에 엄청난 방사압을 발하고 있습니다. 빛도 압력을 가지고 있어서, 블랙홀의 중력과는 반대 방향으로 방출되는 폭풍같이 격렬한 방출을 일으킵니다.
NASA에 따르면 퀘이사의 폭풍은 광속의 몇 퍼센트에 이르는 초고속으로 은하계 전체에 퍼져서, 먼지 및 가스 등의 성간 물질을 날려버리고, 향후 적어도 1,000만 년간은 계속된다고 합니다. 버지니아공대의 선임연구원으로 이번 연구에 참여한 Nahum Arav 씨에 따르면 '퀘이사에서 파생된 바람은 매년 태양 수백개에 해당하는 질량을 움직일 정도로 파워풀한 것이라고 합니다.
ESA/Hubble & NASA
HST 특유의 발견
퀘이사가 내는 격렬한 아웃플로우는 이전부터 이론적으로 존재가 확인되어 있었지만, 직접 관찰된 것은 이번이 처음입니다.
Nahum 씨 연구팀은 HST의 우주기원분광기(COS)를 사용하여 13개의 퀘이사 아웃플로우를 관측했습니다. 아웃플로우가 은하를 앞질러 나갈 때, 성간 물질에 충돌하여 가스와 먼지가 고온에 가열되어 빛을 냅니다. 이 빛을 COS에서 관측하여 스펙트럼이 도플러 효과에 의해 편이하고 있는 것이 밝혀졌습니다. 또한, 이 편이의 정도에서 가스의 속도를 계산한 결과, 빛의 속도의 몇 퍼센트에 달하는 것으로 나타났다고 NASA가 보도 자료를 통해 발표했습니다. HST가 커버하고 있는 자외선 파장대에서만 관측할 수 있는 귀중한 자료입니다.
관측된 13개의 퀘이사 중 3개에서는 사상 최고속의 아웃플로우가 관측되었다고 합니다. 또한, 아웃플로우 중 하나가 3년 동안 초당 1만 9000㎞에서 2만 500㎞까지 가속한 것도 밝혀졌습니다. 앞으로도 더욱 가속화될 것으로 예측되지만 왜 그런지는 아직은 설명할 수 없는 것 같습니다.
ESO/M. Kornmesser
은하의 수가 적은 이유
왜 퀘이사가 방사하는 아웃플로우가 이만큼 주목을 받고 있을까? 그 배경에는 이론과 실측치의 차이가 있었습니다.
은하 형성을 설명하는 지금까지의 이론대로라면 이 우주에는 더 많은 은하가 있어야 합니다. 그런데 실제로는 은하의 수가 충분하지 않았습니다. 그래서 어떤 메커니즘에 의해 은하 형성이 저해되고 있다고 생각되었는데, 퀘이사의 아웃플로우로 설명이 가능해질 것으로 기대됩니다.
이번 연구에 직접 참여하지 않았던 우주론 연구자인 Jeremiah P. Ostriker 씨도 "관측된 퀘이사의 아웃플로우을 시뮬레이션에 넣으면 은하 형성의 문제가 풀린다"고 동의합니다. 더 자세하게 알고 싶은 분은 'The Astrophysical Journal Supplements'에서 출시되는 Nahum 씨 연구팀의 연구를 체크하세요.
우리은하는 괜찮아?
우리은하의 중심에도 '궁수자리A*'라는 이름의 초거대 질량 블랙홀이 있다는 합니다만, 퀘이사가 빛나는 훨씬 먼 은하에 비하면 우리은하는 100억 년 이상의 세월을 거쳐 활동성이 떨어져 있고. 중심에 있는 블랙홀도 지금은 많은 물질을 삼키지 않기 때문에, 퀘이사 활동도 정지하고 있다고 생각됩니다.
일설에 따르면, 퀘이사와 같이 매우 높은 광도를 설명하기 위해서는, 태양 1개 이상의 질량을 통째로 블랙홀에 매년 공급해야 한다고 합니다.
태양 1개만큼을 삼킨 반동으로 태양 수백 개만큼의 질량을 옮길만한 강력한 폭풍을 일으키는 블랙홀. 그런 퀘이사가 저 멀어 우주에서 빛나고 있는 광경은 압권이라고 밖에 말할 수 없습니다.
빛나는 가스와 별들로 이루어진 거대 성운이 다른 별의 방사선에 의해 우주의 한쪽 구석에서 사라져 가고 있다. 그리고 은하수를 꼭 닮은 나선은하의 중심에서 초거대 질량의 블랙홀이 모든 별을 삼키고 있다. 그런 아름답고도 무서운 우주의 모습을, 탐사선은 담담히 촬영하여 인류에게 사진으로 전달하고 있다.
고스트 성운(Ghost Nebula)을 위협하고 있는 것이 있다. 지구에서 불과 1,500광년 거리에 있는 이 성운은 몇 광년 거리에 있는 '카시오페아자리 감마성'에 의해 소멸의 위기에 몰려 있다. 이 강력한 항성에서 방출되는 자외선을 받아 고스트 성운은 Hα(에이치알파)선을 방출하고 있다. 이온화된 수소 원자가 방출하는 휘선 스펙트럼의 하나로, 붉게 보이는 이유이다. 고스트 성운은 결국에는 파괴될 운명인데, 그것으로 끝나지 않는다. 이 영역에 있는 모든 성운이 카시오페아자리 감마성에 의해 천천히 지워져 없어지고 있다.
PHOTOGRAPH COURTESY OF ESA
유럽우주국(ESA)의 탐사선 '마스 익스프레스'가 화성에 있는 그릴리(Greeley) 분화구라는 영역을 촬영하고 16의 화성 궤도에서 수집한 데이터를 조합했다. 황갈색의 평평한 표면에 크기가 다른 다수의 분화구를 볼 수 있는데, 이것은 화성의 이 지역에 많은 운석이 충돌한 것을 나타내고 있다.
PHOTOGRAPH COURTESY OF ESA
약 4,000만 광년 거리에 있는 은하 'NGC 5033'은 모양도 크기도 은하수(직경 약 1억 광년)와 유사하지만 큰 차이점이 있다. 우선 핵이 매우 활발하고, 그 기세는 초거대 질량 블랙홀에 의해 더욱 가속화되고 있는 것. 그리고 활동은하 핵이 있는 '세이퍼트 은하'로 분류된다는 점이다. 이 사진은 블랙홀이 주변의 모든 별을 삼키고, 그 결과 중심에서 파장이 다른 전자기 스펙트럼이 방사상으로 퍼져있는 모습을 비추고 있다. 슬프게도, 우리가 이러한 별들을 위해 해줄 수 있는 것은 아무것도 없다. 이 광경이 허블 망원경의 카메라에 포착된 시점에는 이미 4,000만 광년이 경과하고 있기 때문에, 별들은 이미 삼켜진 후이기 때문이다.
PHOTOGRAPH COURTESY OF ESA
화성에서 떠나기 전에 이 착색된 작은 언덕을 보았으면 좋겠다. 이것은 ExoMars Trace Gas Orbiter에 탑재된 고성능 카메라 'CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System)'가 포착한 것으로, 화성 쥬벤타에 계곡(Juventae Chasma)이라는 영역에 위치한다. '화성의 그랜드캐넌'이라고 불리는 매리너스 협곡(Valles Marineris)의 북쪽에 해당한다. 과학자들은 퇴적물이 시간이 지남에 따라 어떻게 축적했는지를 알기 위해 이 같은 작은 언덕을 조사하고 있다. 퇴적된 층의 조성과 그 형성의 구조를 해명할 수 있으면, 먼 옛날에 이 지역에서 무슨 일이 있었는지 더 자세히 알 수 있을 것이다.
PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA
기후예보 전문채널도 깜짝 놀랄 이 사진은 '페르세우스자리 은하단' 안에 있는 '우주의 한랭전선'을 포착한 사진이다. 2개의 은하단의 충돌로 '은하 가스'의 춤사위가 발생하고 있다. 오른쪽에서는 새로우며 온도가 낮은 영역이 넓어지고, 왼쪽으로는 오래된 가스가 그 영역을 벗어나는 모습이 비추어지고 있다. 은하끼리의 충돌에 의해 내부의 가스가 해방되어 우주로 방출된다. 이러한 가스는 일반적으로 은하의 다른 곳보다 온도가 훨씬 낮기 때문에 은하 규모의 '우주의 한랭전선'이 생긴다. 이 놀라운 이미지는 3개의 X선 관측위성, 즉 미항공우주국(NASA)의 찬드라, ESA의 XMM-Newton, 독일항공우주센터 주도의 ROSAT를 사용하여 촬영된 것이다.
PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA
이 소용돌이 치는 태풍은 NASA의 목성 탐사선 '주노'가 목성의 구름을 약 32,000마일(약 51,500km) 위에서 촬영한 것이다. 이런 선명한 이미지는 천문학자들에게 엄청나게 매력적인 것이다. 'White Oval A5'라는 고기압 구조의 상세 이미지는 목성 연구에 혁명을 가져오고 있다.
위대한 물리학자 알버트 아인슈타인의 일반상대성 이론이 거대한 중력을 가진 고밀도의 천체의 존재를 예언했고, 그로부터 약 100년이 경과한 2019년 4월 10일 천문물리학자들이 최초로 블랙홀의 모습을 사진으로 파악했다고 발표했다.
블랙홀의 주변부를 밝게 비추는 링 모양의 가스. 그 중심에 존재하는 어두운 '그림자'. 블랙홀은 그 이름 그대로 '검은 구멍'으로 인류 앞에 모습을 드러냈다.
'사건의 지평선'을 들여다보다
이 위업은 바로 아인슈타인의 그림자를 쫓은 결과였다.
이벤트 호라이즌 망원경(EHT) 국제팀의 한 명인 애리조나대학 천문물리학 교수의 헤리아르 · 오제르 박사는 블랙홀의 모습을 사진에 담기 위한 도전을 다음과 같이 말하고 있다 .
"블랙홀은 우주가 우리에게 제공해준 '자연 연구소'입니다. 그곳은 모든 것이 극단적으로, 물리의 법칙조차 뒤틀려 부서질지도 모릅니다. 서로 상반된다는 양자역학과 일반상대성 이론도 블랙홀 속에서는 속수무책입니다. 그곳은 물리학자들에게 매우 매력적인 장소입니다."
블랙홀은 거대한 밀도와 중력에 의해 시공간이 왜곡된 장소로, 중력의 힘에 의해 빛조차 탈출할 수 없다고 말하는 천체이다. 따라서 블랙홀의 관측은 빛이 막히는 경계선, 즉 '사건의 지평선'을 보게 된다.
은하의 중심부에서는 가스가 블랙홀에 삼켜지기 직전에 수십억 도의 열을 방출한다. 그것이 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 예측되는 크기와 모양을 가진 '사건의 지평선'을 실루엣처럼 떠오르게 하는 것이다.
이번 대상이 된 두 블랙홀은 지구에서 관측하기 쉬운 '명백한'의 크기가 키였다. 일반적으로 질량이 큰 블랙홀일수록 그 크기도 크고, 가까이에 존재하는 블랙홀일수록 커 보인다.
이러한 기준을 충족하는 것이 우리은하의 중심부에 존재하는 '궁수자리A의 블랙홀과 처녀자리 은하단에 있는 M87 은하 중심부의 블랙홀이었다. 이번에 공개된 사진은 지구로부터 5,500광년 떨어진 M87 은하의 것으로, 그것은 태양의 65억 배의 질량을 가진 거대한 블랙홀이다.
직접 관측할 수 없다고 하는 블랙홀. 연구팀은 어떤 기술로 이를 가능하게 한 것일까?
8개의 전파망원경을 엄청난 정확도로 연동
EHT팀의 설명에 따르면, 블랙홀은 엄청나게 먼 곳에 있으며 '뉴욕에 있으면서 로스앤젤레스에 있는 골프공의 홈을 하나하나 세는 것과 같은 작업', '달에 있는 귤의 사진을 찍는 것과 같은 작업'이라는 말도 안 되게 미친 정밀도를 필요로 하는 것이었다. 이 해상도를 달성하기 위해서는 지구 규모의 망원경이 필요하다.
그래서 국제 연구팀은 애리조나, 하와이, 스페인, 멕시코, 칠레, 그리고 남극에 있는 8개의 전파망원경을 연동시켜, 가상으로 지구 규모의 크기를 갖는 이벤트 호라이즌 망원경(EHT)을 실현했다. 그리고 초장기선 전파간섭법(VLBI)이라는 기술을 사용하여 거리가 떨어져 있는 여러 망원경이 수신한 전파를 간섭하는 방식으로, 터무니없이 높은 해상도의 이미지 합성이 가능했다.
세계 8개소에 흩어져 있는 전파망원경을 이용하여 블랙홀의 이미지를 포착했다. 사진은 남극에 있는 전파망원경. PHOTO : JUNHAN KIM / THE UNIVERSITY OF ARIZONA
하지만 초거대 블랙홀의 관측을 가능하게 하려면 8개의 망원경 모두가 완벽하게 싱크로 하여 각각 특정 방향을 향하고 있어야 한다. 안정적인 연동을 가능하게 하기 위해 EHT는 1억 년에 1초의 오차라는 초정밀도의 원자시계가 도입되었다. 따라서 완전히 동기화 된 8개의 망원경은 동시에 고개를 돌려 블랙홀에 집중하여 하나의 거대한 위성 안테나 같은 역할을 한 것이다.
"이벤트 호라이즌 망원경(EHT)은 아인슈타인의 일반상대성 이론이 예언한, 은하의 중심부에 존재하는 초거대 블랙홀 주변을 시도할 수 있는 최초의 관측 수단입니다"라고 애리조나대학 천문학 교수인 디미트리오스 소루티스 박사는 말한다.
500kg의 하드디스크를 물리적으로 이동
팀에 따르면 블랙홀에 삼켜지는 직전에 있는 고온의 가스가 잘 빛나게 보이는 대역은 1mm의 주파수 부근이라고 한다. 실제로 촬영에 사용된 주파수는 1.3mm. 이 주파수는 다행히 지구의 대기권과 은하에 존재하는 가스의 방해없이 블랙홀을 볼 수 있다고 한다.
2017년 4월 EHT팀은 8개의 망원경으로부터 5페타바이트(1페타바이트 = 1,024테라바이트) 가량의 데이터를 취득했다. 이 연구에서 컴퓨테이션 소프트웨어 그룹을 이끈 陳志均 박사에 따르면, 미국에서의 일반적인 인터넷 속도로는 '하나의 천문대에서 다른 천문대에 데이터를 전송하는데 1년 정도 걸릴 규모'의 데이터의 양이라고 한다. 이런 이유가 약 500kg 중량의 하드디스크 수송이 필요했던 이유다.
"남극 관측은 겨울에 이루어지기 때문에 하드디스크를 수송할 수 있는 여름이 될 때까지 6개월이나 기다려야 했습니다"
전세계의 국제 회원과의 협업은 클라우드 컴퓨팅 등을 활용함으로써 가능하게 되었다.
"6개의 논문을 다루고 있는 동안, 전세계 EHT멤버의 계산 요구에 부응하기 위해 동해안과 서해안에 있는 2개의 구글 데이터센터에서 20개 이상의 강력한 가상머신을 가동시킬 때도 있었습니다"
정말 블랙홀의 모습인가?
우리가 볼 수 있는 우주의 정보는 빛이나 전자파에 의해 전달되어 지구에 도착한다. 블랙홀은 아주 강한 중력으로 빛은 물론 전자파도 흡수할 것이다. 우리가 볼 수 있는 것은 그 주변을 선회하는 고온의 먼지와 가스이다.
"블랙홀에는 되돌릴 수 없는 곳, 즉 '사건의 지평선'이라는 곳이 있습니다. 거기에서는 빛조차 도망갈 수 없습니다. 그 주위의 빛은 우리에게 도착하지만, 이 사건의 지평선은 깜깜한 구멍으로 이미지의 중심에 남아있을 것입니다"라고 헤리아르 · 오제르 교수는 설명한다.
연구팀이 발표한 사진은 블랙홀 자체가 아니라 그 강력한 중력에 의해 생성된 주변 구조의 모습이라고 한다.
몇 년에 걸쳐 개발된 알고리즘이 수수께끼를 풀었다
이 사진을 가장 먼저 보았을 EHT팀의 일원, 하버드 스미소니언 천체물리학센터에서 연구원으로 종사하는 케이티 보먼 박사는 가족에게조차 숨기고 있던 성과를 마침내 공개할 수 있게 되어 기뻐했다. 3년 전 매사추세츠 공과대학에서 컴퓨터과학 대학원생이었을 때부터 블랙홀의 이미지를 생성하는 알고리즘에 착수했다는 우먼 박사는 회견에서 흥분한 기색으로 다음과 같이 말하고 있다.
"이 사진은 정말 많은 것을 가르쳐줍니다. 이론적으로 블랙홀이 링 모양으로 보일 것이라고 시사되고 있었지만, 설마 우리가 촬영한 사진에 링 모양의 물체가 나타나리라고는 생각도 하지 않았습니다. 단지 빛의 덩어리가 찍힐 것으로 생각했습니다"
이번에 발표된 블랙홀의 이미지는 보먼 박사의 알고리즘에 의해 렌더링 된 것이다. 500kg의 하드디스크가 꽉 찰 정도로 대용량인 원본 이미지 데이터는 노이즈 투성이로 난잡해져 있으며, 그것을 하나의 질서있는 이미지로 구축하는 알고리즘의 생성은 실로 몇 년이 걸렸다.
"링이 보였다, 그리고 그 크기가 완전히 다른 측정 방법으로 채택된 데이터와 완전히 일치하는 것 자체가 큰 과학적 도약이라고 생각합니다"라고 말하는 보먼 박사는 EHT팀의 일원으로서 연구를 계속하면서, 곧 캘리포니아 공대에서 계산수리과학 부교수로서 새로운 출발을 맞이 할 예정이다.
역시 아인슈타인의 일반상대성 이론이 옳았다
'만약 아인슈타인이 타당하다면, 우리는 블랙홀 '그림자'의 형태와 크기를 매우 정확하게 예측할 수 있습니다. 사실 그것은 거의 완전한 원형을 그리는 것입니다. 우리가 관측한 M87도 거의 완전한 원을 그리고 있었습니다. 따라서 아인슈타인의 이론이 잘못되었다는 증거는 없습니다"라고 소루티스 교수는 말한다.
EHT는 1.3mm 전파와 동시에 X선과 감마선으로도 블랙홀을 관측하고 있어, 그 결과가 기다려진다.
우리은하의 중심부에 위치한 블랙홀의 데이터도 얻었으며, 이것도 분석 대기 중이다. 이외에도 M87에서 발견한 블랙홀 제트가 어떻게 생성되는지에 대한 수수께끼도 해명할 수 있는 잠재력이 있다.
100년만에 정확한 답을 얻은 천문물리학적 물음. 위대한 아인슈타인은 또다시 옳았던 것이다.
스티븐 호킹 박사는 'arXiv'에 공개한 짧은 논문에서 '빛이 무한대로 빠져나갈 수 없는 영역이라는 의미의 블랙홀은 존재하지 않는다'고 주장하고 있다.
저명한 물리학자 스티븐 호킹은 'arXiv'에 2014년 1월 22일자로 공개한 짧은 논문에서 '(지금까지 생각되어 온 것 같은) 블랙홀은 존재하지 않는다'고 주장하고 있다. 이 현상은 정의할 필요가 있는 것이라고 그는 말한다.
이전에도 미국의 물리학자가 블랙홀의 존재를 부정하는 논문을 발표했었다.
이번 논문의 제목은 'Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes'(블랙홀에 대한 정보저장 및 기후예보). 고전 이론은 에너지와 정보는 블랙홀의 '사건의 지평선'을 벗어나지 않는다고 주장하지만, 양자물리학은 그것이 가능하다고 시사하는 역설(블랙홀 정보 패러독스)을 채택하고 있다.
이 난제에 대한 호킹 씨의 대답은 블랙홀은 정보와 에너지를 소멸시키는 것이 아니라 새로운 형태로 다시 공간으로 개방한다는 것이다. 그는 사건의 지평선을 대신하는 새로운 경계로 양자효과에 변동하는 '시지평선(apparent horizon)'을 제안하고 있다.
피어리뷰를 받지 않은 이 논문에서는 '빛이 무한대로 빠져나갈 수 없는 영역이라는 의미의 블랙홀은 존재하지 않는다'고 결론짓고 있다.
그러나 다른 물리학자들로부터의 반응은 신중하다. 캘리포니아 버클리 대학의 이론물리학 라파엘 부소는 Nature News에서 다음과 같이 말하고 있다. "블랙홀을 빠져나오지 못하는 지점은 없다는 생각은, 어떤 의미에서는 파이어월(블랙홀로 떨어진 관찰자가 사건의 지평선 혹은 그 근처에서 고에너지 양자의 벽을 만난다는 가상적 현상)보다 더 근원적인 문제를 내포하는 제안이다"
NASA는 오퍼튜니티호와 큐리오시티효 등의 탐사선을 화성에 보내고 있으며, 그 탐사선들은 정기적으로 지구에 화성의 사진을 보내왔습니다. 그런 화성의 사진을 이어붙이는 방식으로 NASA가 만든 초고화질 이미지를 정리한 동영상이 공개되어 있습니다.
New : Mars In 4K - YouTube
아래의이미지는 2012년부터 화성탐사를 계속하고 있는 큐리오시티가 촬영한 게일 분화구. 게일 분화구의 지름은 154km, 38~35억년 전에 형성된 것으로 추측하고 있습니다. '게일'의 명명은 19세기에 화성을 관측한 아마추어 천문학자 월터 프레드릭 게일의 이름에서 비롯되었습니다.
사진을 정리한 YouTube채널 ElderFox Documentaries에 따르면 큐리오시티에 탑재된 카메라는 고성능이지만 하루 8분 정도를 제외하면 지구와의 통신속도는 초당 32킬로비트(약 4킬로바이트) 정도이므로, 화성의 모습을 생방송으로 중계하는 것은 불가능하다고 합니다. ElderFox Documentaries은 "화성에는 거의 아무것도 움직이지 않기 때문에 사진을 보내는 편이 효율적이다"라고 말합니다.
유럽 탐사선 로제타의 관측으로 츄류모후 게라시멘코 혜성의 물이 지구와 다른 것으로 나타나 지구의 물의 기원에 대한 새로운 논란을 불러 일으키고 있다.
46억년 전에 형성될 무렵 지구는 무척 높은 온도로 인해 물이 존재하여도 모두 증발해 버렸을 것으로 추측하고 있다. 현재 지구표면을 넓게 덮고 있는 바닷물은 냉각된 지구에 충돌한 혜성이나 소행성 등의 작은 천체로부터 비롯되었다는 설이 유력하다.
그러나 혜성과 소행성 중 어느것이 주요 물 공급원인지 등에 대한 자세한 것은 잘 알려져 있지 않다.
그 문제에 큰 단서를 가져다 줄 것으로 기대되는 츄류모후 게라시멘코 혜성이 올해 8월부터 탐사선 로제타(유럽우주기관)에 의해 관측되고 있다
혜성에서 분출하는 물의 데이터를 분석한 결과, 지구의 물과 크게 다른 것으로 밝혀졌다. 이 혜성의 물이 중수소 비율이 지구의 3배나 컸던 것이다.
물의 기원이 동일한 지 여부를 알기 위해서는 물에 포함된 "중수소/수소'비율이 측정된다.
보통 수소보다 중성자 1개만큼 무거운 중수소의 비율이 같으면 같은 기원을 가지고 있다고 볼수있다.
목성족 혜성은 지구에 비교적 가까운 경향을 보이고 있었지만 이 혜성은 이에 해당되지 않는다. 지금까지 조사가 이루어진 11개의 혜성의 중수소 비율은 제각각이지만 유일하게 지구와 같은 결과가 나왔던 하틀리 혜성(103P)과 같은 목성족 혜성인 이 혜성이 크게 다른 수치를 보인 것은 흥미롭다.
목성족 혜성이란 태양에서 가장 멀리 떨어졌을 때 목성의 궤도에 근접하는 단주기혜성의 총칭으로 해왕성 바깥인 카이퍼벨트에서 형성된 것이 내부로 이동하여 온 것으로 생각되고 있다.
하지만 이번 관측결과를 보면 목성족 혜성이 태어난 곳은 생각보다 재각각일지도 모른다.
태양계의 모식도. 목성족 혜성은 '카이퍼 벨트'(왼쪽)에서 형성된 것이 태양계 내부로 유입된 것 "오르트 구름 혜성'은 천왕성과 해왕성 근처에서 형성되어 태양계 저편으로 밀려난 것으로 생각되고 있다. 거리의 비는 정확하지 않습니다 (제공 : ESA)
이번 분석 결과를 발표한 Kathrin Altwegg씨는 "목성족 혜성의 물이 반드시 지구의 물에 가까운 중수소 비율이 아니라는 것을 알 수 있었습니다. 또한 이 결과에서 지구의 물의 주요 기원은 소행성이라는 설이 더 유력하게 되었습니다."라고 말했다.
지구에서 멀리 떨어진 츄류모후 게라시멘코 혜성의 관측이미지가 천문학 팬들 사이에서 주목을 받아 화제가 되고 있다. 길이 3마일 정도의 작은 천체에 '눈보라"가 몰아치고 있는 동영상이다.
츄류모후 게라시멘코 혜성은 유럽우주국(ESA)의 무인탐사선 로제타가 2014년 11월부터 2016년 9월까지 약 2년간 세계 최초로 탐사에 성공한 혜성으로 얼음과 먼지 등으로 구성된 두 덩어리가 부딪쳐 그대로 결합하여 마치 오리장난감 같은 모양을 하고 있다.
로제타와 착륙기 필레에 의한 탐사는 이미 종료하였지만 탐사선의 관측데이터는 공개되어 있으며 현재도 분석이 이어지고 있다.
지난달 24일 러시아의 천문학 팬 (landru79)씨가 SNS에 공개한 GIF동영상은 2년간의 관측이미지를 조합하여 재생편집한 것이다.
깎아지른 절벽과 비슷한 지형이 비추어지고 활발하게 "눈보라"가 춤추는 황량한 광경. 그러나 최대폭 3km, 길이 5킬로 정도의 혜성은 땅속의 얼음이 데워져 수증기를 분출할 수는 있어도 액체가 존재하지 않기 때문에 비나 눈이 내려질수 없다.
#ROSETTA 😍 OSIRIS #67P/CHURYUMOV-GERASIMENKO new albums 😍--ROSETTA EXTENSION 2 MTP030-- Miércoles 1 Junio 2016 all filters stacked pic.twitter.com/Bf173Z5g79
불가사이한 "눈보라"의 정체에 대해 ESA의 수석고문 마크 마콧쿠란(Mark McCaughrean)는 "우주공간을 고에너지 상태로 난무하는 우주선이 비친 것" "GIF이미지를 만든 사람은 원래의 관측데이터를 90도 회전시켰기 때문에 본래라면 "눈보라"는 수평으로 내리고 있습니다."라고 설명하고 있다.
탐사선 로제타는 혜성의 표면에서 13킬로미터 떨어진 상공을 선회하면서 촬영하고 있었기 때문에 눈보라처럼 보이는 것은 관측장치의 앞을 가로지르는 먼지 등의 미립자라고 한다. 화면 오른쪽에는 큰개자리가 확인가능하고 왼쪽에는 큰개자리의 은하성단 "NGC2362"도 등장한다고 한다.
