2026년 노벨 물리학상은 남극의 거대한 빙하를 이용해 ‘유령입자’ 중성미자(뉴트리노)를 검출함으로써 우주의 기원을 찾아낸 벨기에 출신 미국 연구자가 단독 수상했다. 스웨덴 왕립과학아카데미 노벨위원회는 6일(현지 시간) 올해 노벨 물리학상 수상자로 프란시스 할젠(82) 미국 위스콘신 메디슨대 교수가 선정됐다고 밝혔다. 노벨위원회는 “남극 중성미자 검출기 ‘아이스큐브’에 대한 결정적 기여를 하고 이를 통해 천체물리학적 기원의 고에너지 중성미자 발견을 이끌어 냈다”며 선정 이유를 밝혔다. 할젠 교수의 연구 분야는 전통적인 입자물리학과 천체물리학이 융합된 ‘입자 천체물리학’이자 신흥 연구 분야인 ‘다중신호 천문학’에 속한다. 이렇게 새로운 융합 연구 분야는 집단 연구가 일반적이기 때문에 할젠 교수의 단독 수상은 이례적이다. 실제로 물리학상 단독 수상은 34년 만이다. 가장 최근 물리학상 단독 수상자는 아원자 입자 추적 검출기를 고안해 입자물리학 분야에 진전을 이룬 것으로 평가받아 1992년 노벨 물리학상을 수상한 프랑스의 조르주 샤르파크이다. 샤르파크는 입자 검출기를 만들어 상을 받았고 할젠은 남극 얼음을 거대한 중성미자 검출기로 활용한 공로로 수상하면서 34년을 사이에 둔 두 단독 수상이 모두 검출기 혁신에 돌아갔다는 점이 눈길을 끈다. 전하도 질량도 없는 중성미자우주 비밀 알려주는 ‘전령사’남극 유령입자 사냥꾼된 이론가중성미자(뉴트리노)는 전기적 전하가 없고 질량도 거의 존재하지 않아 다른 물질과 반응하지 않고 그대로 통과하는 이른바 ‘유령 입자’다. 실제로 태양에서 온 중성미자 650억 개가 매초 우리 새끼손톱을 지나가지만 아무도 느끼지 못한다. 우주 공간에는 거대 질량 블랙홀을 품은 활동 은하핵이나 초신성 폭발 등 지구에 있는 입자가속기보다 수백만 배 강력한 에너지를 뿜어내는 천연 입자가속기들이 존재한다. 이곳에서 뿜어져 나오는 양성자 같은 우주선이나 감마선은 지구로 날아오는 동안 우주 자기장에 의해 궤적이 휘거나 성간 물질과 상호작용해 에너지를 잃고 막혀 버린다. 그런데 극한의 에너지 환경에서 함께 생성되는 중성미자는 우주 자기장이나 성간 물질에 전혀 영향을 받지 않고 처음 발생한 곳으로부터 지구까지 일직선으로 날아온다. 그래서 중성미자를 검출해 궤적을 역추적하면 우주망원경 등 빛을 이용해 볼 수 없는 우주의 심연까지 파악할 수 있다. 그래서 천문학자들은 중성미자를 완벽한 우주의 전령이라고 불렀다. 문제는 물질과 거의 반응하지 않는 유령 입자를 어떻게 포착하느냐였다. 1987년 가을 한 강연장에서 소련 과학자들이 남극 얼음에 전파 안테나를 묻어 중성미자를 잡으려 한다는 이야기를 들은 할젠 교수는 1988년 유령 입자 포착을 위해 바다와 달리 빛을 내는 생물도, 방해 전파와 지진도 없고 방사성 물질도 적은 거대한 천연 얼음 덩어리인 남극 빙하에 빛 센서를 넣어 검출기로 활용하자는 혁신적인 아이디어를 제시했다. 중성미자가 물이나 얼음 속 원자핵과 충돌하면 전기를 띤 입자가 튀어나와 옅은 푸른 빛을 내는 ‘체렌코프 효과’가 나타나는데 이 빛을 포착하자는 것이다. 할젠 교수는 훗날 “당시 자연 얼음의 광학적 성질을 전혀 몰랐기 때문에 포기하지 않을 수 있었다”고 회고하기도 했다. 기포 때문에 실패한 남극 검출기“얼음 성질 전혀 몰라 포기 않고 도전”포기 않고 도전했더니 노벨상할젠 교수의 주도로 남극점 지하에 건설된 아이스큐브 관측소는 뜨거운 물로 얼음에 구멍을 뚫고 1450~2450m 깊이의 얼음 속에 총 86개 케이블을 내리고 5160개 광학 모듈을 심어 1㎦의 세계 최대 중성미자 검출기다. 프로젝트 초기인 1993년 깊이 800~1000m에 설치한 센서들은 얼음 상층부에 갇힌 지름 50㎛(마이크로미터)의 공기 방울 때문에 빛이 산란되는 문제가 발생해 제 역할을 못했다. 그렇지만 1400m 이하 심부 빙하는 압력에 의해 공기 방울이 없는 극도로 투명한 상태라는 것을 확인했다. 시험 장치 ‘아만다’의 성공을 발판으로 2004년 아이스큐브 건설이 시작됐다. 2011년 완공된 아이스큐브는 방대한 데이터 분석을 거쳐 2013년 지구 대기권이 아닌 먼 우주에서 날아온 고에너지 중성미자의 첫 증거인 1페타전자볼트(PeV)가 넘는 중성미자 2개를 찾아냈다. 아이스큐브에는 매년 지구 대기에서 생긴 중성미자 약 10만 개를 포착하지만 우주에서 온 것은 100개 안팎에 불과하다. 연구진은 ‘건초더미 속 바늘’을 골라내 2017년 블레이자(중심 블랙홀이 뿜는 빛줄기(제트)가 지구를 정면으로 향한 은하) ‘TXS 0506+056’, 2022년 지구에서 4600만 광년이나 떨어진 고밀도의 가스와 먼지로 뒤덮인 활동은하핵 ‘NGC 1068’ 등 우주 심연에서 날아온 중성미자들을 잇따라 포착했다. 올해는 우리은하에서 오는 고에너지 중성미자도 확인했다. 남극 유령입자 사냥꾼된 이론물리학자 지난 3월에는 2019년 포착된 11.4PeV짜리 중성미자가 아이스큐브 관측 사상 최고 에너지 기록으로 보고됐다. 이는 세계 최대 입자가속기인 유럽입자물리연구소(CERN) 대형강입자충돌기(LHC)의 양성자 빔 에너지(7TeV)보다 약 1600배 높은 수준이다. 남극점에서는 관측 부피를 8배로 키운 ‘아이스큐브-Gen2’가 계획 중이다. 노벨위원회는 “할젠 교수의 끈질긴 집념과 리더십은 인류에게 환상적인 장비를 안겨줬으며 빛이나 전파 같은 전자기파 관측에만 의존하던 기존 천문학의 한계를 뛰어넘어 중성미자 천문학이라는 완전히 새로운 지평을 열었다”며 “우주 기원의 거대한 비밀을 다중신호로 탐구하는 우주 개척 시대가 할젠 교수의 얼음 검출기에서 시작됐다”고 평가했다. 이번 노벨 물리학상 수상자인 할젠 교수는 1200만 스웨덴크로나(16억 128만 원)를 받는다. 노벨재단은 7일 오후 6시 45분(한국 시간)에 화학상 수상자를 발표한다.

해상도 높고 완벽한 시뮬레이션최초의 별·은하 ‘탄생 과정’ 밝혀가스·화학 원소 상호작용도 규명 과학자들이 지금까지 나온 것 중 가장 정밀한 수준의 초기 우주 시뮬레이션으로 최초의 별과 은하가 어떻게 형성됐는지 재현하는 데 성공했다. 영국 배스대, 미국 시카고대, 프랑스 파리천체물리연구소가 참여한 ‘메가트론’ 프로젝트팀이 첨단 시뮬레이션을 이용해 최초의 별과 은하의 탄생 과정, 우리 주변의 화학 원소들이 어떤 방식으로 우주를 채워갔는지 밝혀냈다. 메가트론 프로젝트는 우리은하가 태어난 우주 영역을 슈퍼컴퓨터로 통째로 재현하는 연구로 영국, 미국, 프랑스, 스웨덴, 한국, 벨기에, 스위스 7개국 12개 연구기관과 대학이 참여해 2023년부터 2030년까지 진행된다. 이번 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘천체물리학 오픈 저널’ 9월 30일 자에 4편의 논문으로 발표됐다. 별빛과 별을 만드는 재료인 수소·헬륨 기체로 구성된 가스, 새로 만들어진 원소들 사이의 상호작용을 정확하게 파악하는 것이 초기 우주에 대한 두 가지 시선을 잇는 데 필수적이다. 하나는 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 관측한 젊은 은하들로 갓 태어난 우주의 은하를 직접 보여준다. 다른 하나는 우리 태양계가 속한 우리은하 안팎의 오래된 별들에서 관측한 화학적 단서다. 연구팀은 가스의 움직임, 별빛의 전파, 화학 원소 농도의 변화를 동시에 추적하는 첨단 컴퓨터 모델을 이용해 수십억 년에 걸쳐 별들이 은하 안팎의 가스를 어떻게 빚어내는지 조사함으로써 우리은하와 비슷한 질량의 은하로 자라날 어린 은하의 진화 과정을 추적했다. 이 프로젝트를 위해 연구팀은 영국 국가 슈퍼컴퓨터 사용 시간 4000만 프로세서 시간을 배정받았다. 프로세서 4600개를 1년 내내 쉬지 않고 돌리는 수준으로 이를 통해 해상도가 더 높고 더 완벽한 시뮬레이션이 가능해져 JWST 관측 결과와 오래된 별들에 보존된 화학적 화석 기록을 직접적으로 비교하고 통합할 수 있게 된다. 시뮬레이션은 빅뱅 직후 조건을 반영해 무거운 원소가 전혀 섞이지 않은 원시 가스에서 출발한다. 이후 최초의 별이 태어나고 이 별들이 복사를 내뿜고 마지막에 초신성으로 폭발하며 새로 만들어진 원소들이 다음 세대의 별과 은하로 퍼져 나가는 과정을 차례로 따라간다. 연구팀에 따르면 이 과정을 이해하는 것이 중요한 이유는 천문학의 가장 근본적인 질문 중 하나인 ‘현재 우주를 이루는 원소들은 어디서 왔는가’라는 질문의 답을 얻을 수 있기 때문이다. 연구팀은 단순한 시뮬레이션 모델이 은하를 둘러싼 가스, 별의 복사, 복잡한 화학 과정이 미치는 영향을 과소평가할 수 있는 만큼 높은 해상도로 모델링해 지금까지 포착하지 못했던 가스 속 구조까지 분해했다. 그 결과 탄소, 산소, 철을 비롯해 우리 세계와 생명을 가능하게 하는 수많은 원소들이 별을 만든 것을 재확인했다.

과학자들이 지금까지 나온 것 중 가장 정밀한 수준의 초기 우주 시뮬레이션으로 최초의 별과 은하가 어떻게 형성됐는지 재현하는 데 성공했다. 영국 배스대, 미국 시카고대, 프랑스 파리천체물리연구소가 참여한 ‘메가트론’ 프로젝트팀이 첨단 시뮬레이션을 이용해 최초의 별과 은하의 탄생 과정, 우리 주변의 화학 원소들이 어떤 방식으로 우주를 채워갔는지 밝혀냈다. 메가트론 프로젝트는 우리은하가 태어난 우주 영역을 슈퍼컴퓨터로 통째로 재현하는 연구로 영국, 미국, 프랑스, 스웨덴, 한국, 벨기에, 스위스 7개국 12개 연구기관과 대학이 참여해 2023년부터 2030년까지 진행된다. 이번 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘천체물리학 오픈 저널’ 9월 30일 자에 4편의 논문으로 발표됐다. 별빛과 별을 만드는 재료인 수소·헬륨 기체로 구성된 가스, 새로 만들어진 원소들 사이의 상호작용을 정확하게 파악하는 것이 초기 우주에 대한 두 가지 시선을 잇는 데 필수적이다. 하나는 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 관측한 젊은 은하들로 갓 태어난 우주의 은하를 직접 보여준다. 다른 하나는 우리 태양계가 속한 우리은하 안팎의 오래된 별들에서 관측한 화학적 단서다. 연구팀은 가스의 움직임, 별빛의 전파, 화학 원소 농도의 변화를 동시에 추적하는 첨단 컴퓨터 모델을 이용해 수십억 년에 걸쳐 별들이 은하 안팎의 가스를 어떻게 빚어내는지 조사함으로써 우리은하와 비슷한 질량의 은하로 자라날 어린 은하의 진화 과정을 추적했다. 이 프로젝트를 위해 연구팀은 영국 국가 슈퍼컴퓨터 사용 시간 4000만프로세서 시간을 배정받았다. 프로세서 4600개를 1년 내내 쉬지 않고 돌리는 수준으로 이를 통해 해상도가 더 높고 더 완벽한 시뮬레이션이 가능해져 JWST 관측 결과와 오래된 별들에 보존된 화학적 화석 기록을 직접적으로 비교하고 통합할 수 있게 된다. 시뮬레이션은 빅뱅 직후 조건을 반영해 무거운 원소가 전혀 섞이지 않은 원시 가스에서 출발한다. 이후 최초의 별이 태어나고 이 별들이 복사를 내뿜고 마지막에 초신성으로 폭발하며 새로 만들어진 원소들이 다음 세대의 별과 은하로 퍼져 나가는 과정을 차례로 따라간다. 연구팀에 따르면 이 과정을 이해하는 것이 중요한 이유는 천문학의 가장 근본적인 질문 중 하나인 ‘현재 우주를 이루는 원소들은 어디서 왔는가’라는 질문의 답을 얻을 수 있기 때문이다. 연구팀은 단순한 시뮬레이션 모델이 은하를 둘러싼 가스, 별의 복사, 복잡한 화학 과정이 미치는 영향을 과소평가할 수 있는 만큼 높은 해상도로 모델링해 지금까지 포착하지 못했던 가스 속 구조까지 분해했다. 그 결과 탄소, 산소, 철을 비롯해 우리 세계와 생명을 가능하게 하는 수많은 원소들이 별을 만든 것을 재확인했다. 메가트론 공동연구단을 이끌고 있는 마틴 레이 영국 배스대 교수는 “메가트론 프로젝트는 JWST의 데이터와 항성 고고학 데이터를 해석하고 이해하기 위한 공통의 물리적 틀을 제공한다는 데 의미가 크다”고 말했다.

태양은 태양계의 8개 행성과 그 위성, 소행성을 자비롭게 비추는 엄마별이다. 하지만 50억 년 후에는 지금의 수백 배로 부풀어 올라 주변에 있는 수성과 금성을 집어삼키게 될 예정이다. 이렇게 별이 마지막에 부풀면서 붉게 변하는 상태를 적색거성이라고 하는데, 태양 정도 질량을 지닌 별이 나이가 들면 피할 수 없는 마지막 과정이다. 그런데 과학자들은 그 이외의 경우에도 별이 행성을 잡아먹는 경우가 많다는 사실을 알고 있다. 물론 별이 행성을 삼키는 과정을 직접 포착할 순 없지만, 별의 화학 구성을 분석해 행성을 삼켰을 가능성을 판단하는 것이다. 예를 들어 두 개의 별이 서로의 질량 중심을 공전하는 쌍성계는 보통 같은 성운에서 태어난 형제별이기 때문에 화학적 구성이 거의 똑같다. 그런데 만약 한쪽에 행성에 풍부한 무거운 원소가 많다면 이 별이 행성을 집어삼켰을 가능성이 높은 것이다. 다만 수치가 애매한 경우에는 그냥 형제별 사이의 차이인지, 진짜 행성을 집어삼킨 결과인지 애매한 경우가 있다. 상트페테르부르크 천문학·지구물리학·대기과학 연구소(IAG-USP)의 앤 라트삼과 브라질 상파울루 대학교(USP)의 국제 과학자 팀은 별이 행성을 삼켰음을 증명할 수 있는 가장 결정적인 스모킹 건(확실한 증거)으로 ‘베릴륨’(Beryllium)을 지목했다. 수소와 헬륨을 제외한 나머지 원소들은 사실 별의 핵융합 반응이나 초신성 폭발을 통해 2차적으로 생성된 것이다. 그런데 이 가운데서도 붕소와 베릴륨은 조금 특이한 원소다. 베릴륨과 붕소는 핵융합 과정이 아니라 우주에 있는 고에너지 입자가 탄소, 질소, 산소와 같은 더 무거운 핵을 조각내서 생성된다. 따라서 사실은 소행성이나 행성에서 유래한 원소인 셈이다. 연구팀은 유럽남천문대(ESO)의 초대형 망원경(VLT)에 설치된 UVES 분광기로 물리적, 화학적, 자기적 활동 특성이 태양과 매우 유사한 두 개의 태양 비슷한 별로 이루어진 쌍성계를 관측했다. 그리고 그중 ‘HD 129171’과 ‘HD 129209’ 쌍성계에서 HD 129171이 암석형 행성을 구성하는 원소가 풍부하다는 사실과 행성 섭식의 결정적인 스모킹 건인 베릴륨을 확인했다. 연구팀은 베릴륨과 다른 원소의 양을 측정해 HD 129171이 지구 질량의 11배 정도 되는 암석형 행성을 흡수했다는 점을 확인했다. 이는 하나의 큰 행성을 흡수한 결과일 수도 있고 여러 개의 작은 행성과 소행성을 흡수한 결과일 수도 있지만, 별이 흡수한 행성의 질량을 객관적으로 측정할 수 있게 되었다는 점이 가장 큰 성과다. 별이 부풀어 오르기 전에도 행성을 흡수하는 이유는 행성 간의 중력 상호 작용이나 동반성의 중력 상호 작용으로 인한 궤도 간섭이 가장 큰 이유로 생각된다. 베릴륨과 다른 원소를 측정하면 이런 일이 얼마나 자주 발생하고 태양계 이외의 다른 행성계가 얼마나 안정적으로 유지되는지를 파악할 수 있을 것으로 기대된다.

태초 우주에는 수소와 헬륨 외에는 다른 원소가 거의 없었다. 따라서 우리 몸을 구성하는 원자 가운데 태초에 생긴 수소를 제외한 산소, 탄소, 질소, 칼슘, 인, 철 등 다른 원소들은 사실 2차적으로 생긴 원소들이다. 이 원소들은 별의 핵융합 반응과 초신성 폭발을 통해 생성된 뒤 우주로 뿌려졌다. 특히 우주 초기에는 지금보다 밀도가 높고 가스가 많아 무거운 별이 많이 생성됐고 이들이 지금 우주에 있는 무거운 원소들을 대량으로 생산했다. 하지만 실제 이 시기에 얼마나 자주 초신성 폭발이 일어났는지는 직접 관측하기는 쉽지 않다. 초신성 폭발은 우주에서 가장 강력한 폭발로 은하 전체만큼이나 밝게 빛나지만, 100억 광년 이상 먼 거리에서는 은하도 작고 어두운 점처럼 보이기 때문이다. 특히 빅뱅 직후 얼마 되지 않은 시점인 120억 광년 전의 은하나 초신성은 최신 망원경으로도 관측이 쉽지 않다. 과학자들은 현시점에서 인류가 가진 가장 강력한 망원경인 제임스 웹 우주 망원경으로 가장 오래된 초신성 폭발을 찾고 있다. 미국 하와이대 천문학 연구소의 발레리아 아파리시오가 이끄는 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경의 코스모스 웹 관측 프로그램에서 초신성 ‘SN 2023aeaf’를 발견했다. 연구팀의 분석에 따르면 이 초신성은 117억 광년 떨어진 것으로 이제까지 발견된 초신성 가운데 가장 먼 거리에서 관측된 것이다. 117억 광년 전의 초신성을 관측했다는 것은 117억 년 전 모습을 관측한 것과 같다. 빛이 지구까지 도달하는 데 그만큼 시간이 걸렸기 때문이다. 다시 말해 이 초신성은 빅뱅 직후 20억 년 후에 폭발한 것으로 초기 우주에서 폭발한 초신성에 대한 중요한 정보를 담고 있다. 연구팀은 초신성 ‘SN 2023aeaf’의 시간에 따른 밝기 변화 패턴(광도 곡선)과 색 변화를 시뮬레이션된 초신성 집단과 면밀히 비교해 이 초신성을 II형 초신성으로 분류했다. II형 초신성은 질량이 큰 별이 핵연료를 모두 소진하고 철 핵이 자체 중력으로 붕괴될 때 발생하는 폭발이다. 초신성의 질량은 태양의 12배 정도로 추정된다. 그리고 분석 결과 폭발 전 주변으로 많은 가스를 날려 보내 태양 질량의 절반 정도 되는 가스에 둘러싸인 상태에서 폭발한 것으로 나타났다. 추가로 연구팀은 초신성 폭발의 배경 은하 스펙트럼도 분석해 젊고 활발하게 별을 형성하는 왜소 은하이며, 무거운 원소의 비율이 낮다는 사실을 확인했다. 아직 초신성 폭발로 무거운 원소를 많이 공급받지 못한 상태이기 때문에 이는 예상된 결과다. 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능 덕분에 과학자들은 더 먼 우주를 들여다보고 더 과거의 일을 이해할 수 있게 됐다. 하지만 과학은 여기서 멈추지 않을 것이다. 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경과 그 뒤를 이을 차세대 망원경을 통해 더 태초의 우주를 확인하고 지금의 우주가 어떻게 형성되었는지 밝혀낼 것이다.

태양보다 8배에서 10배 정도 되는 무거운 별은 오히려 태양보다 훨씬 빨리 죽는다. 엄청난 속도로 핵연료를 소모하면서 밝게 타오르다가 마지막에는 초신성 폭발을 일으키면서 짧고 굵은 삶을 사는 것이다. 무거운 별의 초신성 폭발은 지구에서 평범하게 살고 있는 우리와는 아무 상관이 없어 보이지만, 사실은 우리와 매우 연관이 깊다. 우리 몸을 구성하는 무거운 원소들이 이 초신성 폭발에서 나온 물질이기 때문이다. 사실 우주 초기에 생성된 수소만 빼고 우리 몸을 구성하는 산소, 탄소, 질소, 그리고 각종 원소들은 모두 별의 잔해에서 나온 물질들이다. 따라서 과학자들은 이 물질이 어떻게 새로운 별과 행성에 공급되는지 연구하고 있다. 일본 니가타대, 기후대, 교토대, 이과학연구원 합동 연구팀은 칠레에 있는 거대 전파 망원경인 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(ALMA)을 이용해 약 1600년 전에 폭발한 초신성 잔해 RX J1713.7-3946를 관측해 이 과정을 설명해 줄 놀라운 사실을 발견했다. 연구팀이 발견한 것은 생성되고 있는 새로운 아기 별 두 개였다. 아직 별이라고 하기 전단계의 뜨거운 가스 핵이지만, 이미 주변으로 에너지를 뿜어내면서 존재감을 뽐내고 있는 중이다. 새로 태어나는 별이 초신성 잔해에서 발견된 것은 이번이 처음으로 아기 별이 강렬한 초신성 폭발의 여파 속에서도 생존할 수 있을 뿐 아니라 풍부한 분자 구성을 그대로 유지할 수 있음을 보여줘 과학자들의 관심을 끌고 있다. 사실 초신성 폭발은 마지막 순간 엄청난 에너지를 모아 무거운 별이 한 번에 폭발하는 현상이기 때문에 엄청난 에너지를 방출한다. 이때 초신성 폭발의 밝기는 은하 전체와 맞먹는 수준이다. 거대한 별 주변에 형성된 아기 별의 경우 이때 나오는 강력한 에너지로 인해 상당한 충격을 받게 되지만, 이번 연구에서는 아기 별이 복잡한 유기물을 포함해 상당한 물질을 그대로 보존한 것으로 나타났다. 충격에도 불구하고 아기 별이 멀쩡한 이유에 대해서 연구팀은 뜨거운 핵들이 초신성 폭발의 영향을 최근에 받기 시작해 고에너지 입자들이 핵의 화학적 성질을 크게 변화시킬 시간이 충분하지 않았거나, 초신성 충격파에 의해 증폭된 것으로 추정되는 강력한 자기장이 우주선이 고밀도 분자 가스로 침투하는 것을 억제하여 뜨거운 핵과 분자 구성을 보존했을 것으로 보고 있다. 아무튼 이 초신성 잔해는 생명체 필요한 유기물은 보존하면서 새로 생기는 별 주변에 직접 무거운 원소를 공급해 행성 생성에 충분한 물질을 공급할 것으로 예상된다. 사실 과학자들은 태양계 역시 이렇게 형성되었을 가능성이 높다고 보고 있었지만, 실제 관측을 통해 이것이 가능하다는 점을 확인한 것이 이번 연구의 중요한 결과다. 이 연구는 천체물리학 저널 최신호에 발표됐다. 과학자들은 46억 년 전 태양계 행성 초기로 돌아가 당시 상황을 확인할 수 없지만, 이렇게 다양한 상황에 있는 새로운 별과 행성을 연구해서 태양계와 지구가 어떻게 형성되고 여기에서 어떻게 생명체가 탄생할 수 있었는지를 조금씩 알아내고 있다. 그러면서 알게 된 사실은 우리 모두가 별에서 만들어진 신비하고 놀라운 존재라는 것이다. 우주도 경이롭지만, 그 우주 안에서 생긴 인간 역시 경이로운 존재다.

아버지·내연녀 딸로 환생 위한 죽음복수의 끝에 찾아온 ‘두 번의 사랑’ “독자들 어떤 사랑에 더 빠질지 궁금사회적 문제 녹인 소설도 쓰고 싶어” ‘나’는 ‘나’의 복수를 위하여 ‘나’를 파괴한다. ‘나’를 향한 모든 사랑을 배반하면서. 작가 청예의 신작 장편 ‘주와 연’(래빗홀)은 처절한 복수극이다. 그러나 서사는 여느 복수극의 그것과는 다르다. 완벽한 복수를 위해서는 먼저 사랑이 있어야 한다고 작가는 말한다. 최근 청예를 만나 물었다. 복수는 무엇이며, 또 사랑은 무엇인지, 둘은 무슨 관계인지. “‘금강경’에서는 우리더러 비워야 한다고 말합니다. ‘빌 공(空)’이 정말 많이 나오는데요. 이것은 그만큼 인간이 자기를 비워내기 어려운 존재임을 보여줍니다. 복수는 비우는 게 아니라 채우는 행위예요. 복수를 행한 뒤 행복해지면 상관없어요. 하지만 안 그렇잖아요. 할수록 두렵고, 괴로워지고.” 주인공 오주희는 불륜을 저지른 아버지와 내연녀에게 복수를 다짐한다. 스스로 죽음을 선택해 오주희의 삶에 마침표를 찍은 뒤 내연녀의 몸속에 새 생명으로 잉태된다. 그는 오연린이라는 이름으로 다시 태어났다. 주희는 연린으로 살아가며 연린의 삶을 망가뜨리는 방식으로 아버지와 내연녀에게 복수한다. 그런데 점점 이상해진다. 주희가 곧 연린이고, 연린이 곧 주희 아닌가. 내가 나를 파괴하는 것이 정녕 나를 위하는 일인가. 작가는 복수의 주체와 객체를 마구 뒤트는 방식으로 그것이 얼마나 허무한지 폭로한다. “오주희가 오연린인지 아닌지는 독자의 선택에 맡기고 싶어요. 분명한 건 오주희가 오연린으로 환생을 결단하지 않았다면, ‘오주희가 아닌 오연린’도 있었을 거란 사실이에요. 안타깝게도 그런 일은 일어나지 않았지만요.” 연린의 탈을 쓰고 살아가는 주희에게는 두 번의 사랑이 찾아온다. 은정과 이현이다. 은정과의 사랑은 ‘부모를 향한 적개심’이라는 공통분모에서 만들어진 것이다. 반면 이현과의 사랑은 그렇지 않다. 이현은 주희에게 무조건적인 사랑을 준다. 주희는 그런 이현에게 마음을 빼앗긴다. 그러나 이것은 또 다른 복수의 서막에 불과했다. 사랑은 무엇일까. 복수의 연쇄를 촉발하는 방아쇠에 불과한 걸까. “사랑이 무엇인지는 잘 모르겠어요. 그래도 궁금하니까 계속 이야기하는 거죠. 사랑이 좋은 거라면 알고 싶어요. 좋지 않은 것이라면… 지금처럼 모르는 것도 좋겠고요. 은정과 이현의 사랑은 결국은 같아요. 결이 조금 다를 뿐이죠. 하나는 사과를 썰어놓은 거라면, 다른 하나는 사과로 탕후루를 만들어 놓은 거랄까. 독자들이 어떤 사랑에 마음을 더 쓰실지 저는 그게 궁금해요.” 청예는 2022년 한국과학문학상 대상 등을 받으며 주목받은 장르문학계의 초신성이다. 공공기관 재무회계팀에서 행정 업무를 하다 공모전에 당선되면서 2022년부터 전업 작가로 활동했다. 서사는 거침이 없고 입담은 녹진하다. 자기 전 심신의 안정을 위해 불경을 읽는 버릇이 있다는데, 벌써 ‘금강경’을 4회독이나 했다고 한다. 앞으로 성경에도 도전할 계획이다. “지금처럼 다른 사람 눈치 보지 않고 제가 좋아하는 이야기를 재밌게 쓰고 싶어요. 요즘에는 지금보다 더 사회적인 문제의식을 녹인 소설을 쓰고 싶어요. 차기작으로는 최근 취재차 캐나다에 1년 다녀왔는데요. 이야기로 써보고 싶은 직업이 있어서 그걸로 살아보고 왔어요. 어떤 직업이냐고요? 비밀입니다.”

제임스 웹 우주 망원경이 마치 투명한 두개골 속에 뇌가 들어 있는 듯한 기이한 성운을 포착했다.공식 명칭은 PMR 1이지만, 독특한 형태 때문에 과학자들은 이 성운을 ‘노출된 두개골’(Exposed Cranium)이라고 부른다. 두개골 속에서 뇌가 드러난 듯한 이 모습은 사실 별의 죽음과 그 과정에서 만들어진 가스·먼지 구조가 빚어낸 결과다. 별은 사람과 달리 나이가 들수록 연료를 소모하며 크게 부풀어 오른다. 중심부의 연료가 거의 고갈된 적색거성 단계에서는 원래 크기의 수백 배로 팽창하기도 한다. 이렇게 몸집이 커지면 외곽의 가스를 중력으로 붙잡기 어려워져 남은 물질을 밖으로 방출하게 된다. 이때 가장 가벼운 가스 상층부 수소부터 천천히 흩어지며, 이런 과정이 쌓여 투명한 두개골 같은 구조가 만들어진다. 그러나 두개골 안에 ‘뇌’처럼 보이는 복잡한 구조가 어떻게 형성되는지는 여전히 미스터리다. 이를 규명하기 위해 미 항공우주국(NASA) 과학자들은 제임스 웹의 근적외선 카메라(NIRCam)와 중적외선 기기(MIRI)로 지구에서 약 5000광년 떨어진 PMR 1을 정밀 관측했다. 두 장비는 모두 성운 중앙을 가로지르는 뚜렷한 어두운 띠를 포착했으며, 높은 해상도 덕분에 과거 스피처 우주 망원경 관측보다 훨씬 상세한 구조를 보여주었다. 공개된 사진에서 왼쪽(NIRCam, 근적외선 관측)은 더 많은 별과 배경 은하가 투과해 보이고, 오른쪽(MIRI, 중적외선 관측)은 가스와 먼지가 더 밝게 빛나 서로 다른 성분을 드러낸다. 근적외선 관측 결과는 비교적 얇은 먼지를 통과해 내부의 별빛을 드러내고, 중적외선 관측 결과는 먼지 자체의 열 복사를 포착해 성운의 물리적 특성과 분출 구조를 강조한다.이렇게 서로 다른 파장에서 같은 천체를 관측하면 더 자세히 내부를 들여다볼 수 있다. 과학자들은 이렇게 얻은 관측 자료를 바탕으로 내부의 ‘대뇌 좌우 반구’처럼 보이는 구조가 어떻게 생겼는지 분석했다. 현재 PMR 1 내부에는 아직 죽지 않고 마지막으로 활동 중인 별이 양쪽으로 강한 물질 제트를 뿜어내고 있는 것으로 추정된다. 이 제트가 수소보다 무겁고 밀도가 높은 물질을 밀어내면서 투명한 두개골 안에 뇌 같은 독특한 형상을 만들었을 가능성이 높다. 다만 내부 별의 질량이 정확히 알려지지 않아 이 별이 결국 백색왜성으로 남을지, 초신성으로 폭발할지는 아직 알 수 없다. 별의 최후는 단지 독특한 형상을 남기는 것에 그치지 않는다.죽어가는 별은 다음 세대의 별과 행성을 만드는 원소를 우주에 뿌리는 중요한 역할을 한다. 지구와 우리 몸을 구성하는 많은 원소가 바로 이런 과정에서 만들어졌다. 죽음을 상징하는 두개골의 이미지가 사실은 새로운 생명의 재료를 잉태하는 과정이라는 아이러니가 이 성운의 아름다움을 더욱 돋보이게 한다.

밤하늘에 빛나는 별은 우리 태양처럼 그 자리에서 영원한 존재처럼 보인다. 하지만 사실 태양을 포함한 모든 별은 정해진 수명이 있다. 그리고 그 수명 동안 제자리에 멈추지 않고 각자의 길을 간다. 천문학자들은 망원경으로 별의 이동을 관측해 별이 각자 고유 운동(proper motion)을 지니고 있다는 사실을 발견했다. 태양도 멈춰 있지 않다는 사실도 확인됐다. 태양은 은하 중심을 기준으로 초속 220㎞의 속도로 이동한다. 그럼에도 은하계가 흩어지지 않는 이유는 은하계의 강한 중력이 별들이 도망가는 것을 막기 때문이다. 결국 각자 달려봐야 은하계의 중력권 안에서 이동하면서 대략 2억년 주기로 공전한다. 그런데 과학자들은 수많은 별을 관측하면서 드물긴 하지만, 다른 별과는 비교도 안 될 정도로 빠른 별을 관측했다. 이런 별들은 초고속 별(HVS, hyper-velocity stars)로 분류되는데, 속도가 초속 1000㎞가 넘는 것도 있다. 이는 우리 은하계의 중력을 이겨내고 외부로 달아날 수 있는 엄청난 속도다. 과학자들은 어떤 과정을 거쳐 이렇게 과속하는 별이 생성될 수 있는지 연구했다. 초고속 별의 생성을 설명할 수 있는 대표적인 가설은 거대 질량 블랙홀의 중력이다. 블랙홀의 강한 중력으로 인해 가까이 다가갔던 별이 운 좋게 탈출하면서 중력 도움을 얻어 가속되는 경우다. 또 다른 가설은 1961년 네덜란드의 천문학자 아드리안 블라우프가 주장한 것으로 본래 두 개의 별이 쌍성계를 이루고 있다가 동반성이 초신성 폭발을 일으켜 다른 별이 튕겨져 나갔다는 것이다. 하지만 초신성 폭발 잔해는 우주적인 관점에서 보면 짧은 시간인 몇만년 정도면 사라지기 때문에 이 가설을 검증하는 일은 쉽지 않다. 지금까지 초신성 연관 초고속 별의 유일한 예외는 태양 질량의 12~13배 정도 되는 별인 HD 37424로 초신성 잔해 S147에서 발견됐기 때문에 확실한 사례로 여겨진다. 최근 독일 예나 대학의 바하 딘첼(Baha Dinçel)이 이끄는 연구팀은 유럽 우주국의 가이아 데이터를 분석해서 초고속 별 가운데 쌍성계-초신성 탈출에 해당되는 경우가 또 있는지 연구했다. 그 결과 HD 254577이 새로운 후보로 지목됐다. 이 별의 움직임을 역추적한 결과 연구팀은 해파리 성운(Jellyfish Nebula)으로 알려진 IC 443이 이 별과 함께 공전했던 사라진 동반성이라는 사실을 확인했다. 해파리 성운은 1만~3만년 전 초신성 폭발의 잔해로 대략 지구에서 5000광년 떨어져 있다. 과거 두 개의 무거운 별이 서로의 질량 중심을 기준으로 빠르게 공전하다가 한쪽이 초신성 폭발로 다른 쪽을 밀어내면서 상당히 무거운 초고속 별인 HD 254577이 탄생한 것이다. 우주에는 태양처럼 혼자 있는 별 못지않게 동반성과 함께 공전하는 쌍성계가 흔하다. 초신성 폭발을 일으키는 무거운 별 가운데도 쌍성계를 쉽게 찾을 수 있다는 점을 생각하면 자신의 짝을 잃고 은하계를 질주하는 초고속 별의 사례는 더 흔할 가능성이 있다. 과학자들은 이들을 연구해 우주의 미스터리 중 하나였던 초고속 별의 생성 원인을 정확히 밝혀낼 것이다.

밤하늘에 빛나는 별은 우리 태양처럼 그 자리에서 영원한 존재처럼 보인다. 하지만 사실 태양을 포함한 모든 별은 정해진 수명이 있다. 그리고 그 수명 동안 제자리에 멈추지 않고 각자의 길을 간다. 천문학자들은 망원경으로 별의 이동을 관측해 별이 각자 고유 운동(proper motion)을 지니고 있다는 사실을 발견했다. 태양도 멈춰 있지 않다는 사실도 확인됐다. 태양은 은하 중심을 기준으로 초속 220㎞의 속도로 이동한다. 그럼에도 은하계가 흩어지지 않는 이유는 은하계의 강한 중력이 별들이 도망가는 것을 막기 때문이다. 결국 각자 달려봐야 은하계의 중력권 안에서 이동하면서 대략 2억년 주기로 공전한다. 그런데 과학자들은 수많은 별을 관측하면서 드물긴 하지만, 다른 별과는 비교도 안 될 정도로 빠른 별을 관측했다. 이런 별들은 초고속 별(HVS, hyper-velocity stars)로 분류되는데, 속도가 초속 1000㎞가 넘는 것도 있다. 이는 우리 은하계의 중력을 이겨내고 외부로 달아날 수 있는 엄청난 속도다. 과학자들은 어떤 과정을 거쳐 이렇게 과속하는 별이 생성될 수 있는지 연구했다. 초고속 별의 생성을 설명할 수 있는 대표적인 가설은 거대 질량 블랙홀의 중력이다. 블랙홀의 강한 중력으로 인해 가까이 다가갔던 별이 운 좋게 탈출하면서 중력 도움을 얻어 가속되는 경우다. 또 다른 가설은 1961년 네덜란드의 천문학자 아드리안 블라우프가 주장한 것으로 본래 두 개의 별이 쌍성계를 이루고 있다가 동반성이 초신성 폭발을 일으켜 다른 별이 튕겨져 나갔다는 것이다. 하지만 초신성 폭발 잔해는 우주적인 관점에서 보면 짧은 시간인 몇만년 정도면 사라지기 때문에 이 가설을 검증하는 일은 쉽지 않다. 지금까지 초신성 연관 초고속 별의 유일한 예외는 태양 질량의 12~13배 정도 되는 별인 HD 37424로 초신성 잔해 S147에서 발견됐기 때문에 확실한 사례로 여겨진다. 최근 독일 예나 대학의 바하 딘첼(Baha Dinçel)이 이끄는 연구팀은 유럽 우주국의 가이아 데이터를 분석해서 초고속 별 가운데 쌍성계-초신성 탈출에 해당되는 경우가 또 있는지 연구했다. 그 결과 HD 254577이 새로운 후보로 지목됐다. 이 별의 움직임을 역추적한 결과 연구팀은 해파리 성운(Jellyfish Nebula)으로 알려진 IC 443이 이 별과 함께 공전했던 사라진 동반성이라는 사실을 확인했다. 해파리 성운은 1만~3만년 전 초신성 폭발의 잔해로 대략 지구에서 5000광년 떨어져 있다. 과거 두 개의 무거운 별이 서로의 질량 중심을 기준으로 빠르게 공전하다가 한쪽이 초신성 폭발로 다른 쪽을 밀어내면서 상당히 무거운 초고속 별인 HD 254577이 탄생한 것이다. 우주에는 태양처럼 혼자 있는 별 못지않게 동반성과 함께 공전하는 쌍성계가 흔하다. 초신성 폭발을 일으키는 무거운 별 가운데도 쌍성계를 쉽게 찾을 수 있다는 점을 생각하면 자신의 짝을 잃고 은하계를 질주하는 초고속 별의 사례는 더 흔할 가능성이 있다. 과학자들은 이들을 연구해 우주의 미스터리 중 하나였던 초고속 별의 생성 원인을 정확히 밝혀낼 것이다.

지구가 있는 우주는 사실 생명체에게 위험한 장소이다. 매 순간 태양에서는 강한 방사선과 고에너지 입자를 내뿜고 있고 우주 먼 곳에서 폭발한 초신성도 위험한 입자를 방출한다. 그런데도 우리가 무사한 이유는 지구를 지키는 든든한 방어막인 지구 자기장 덕분이다. 지구는 사실 태양계 암석 행성 가운데 가장 강한 자기장을 지니고 있다. 비결은 큰 금속 핵이다. 지구의 핵은 내핵과 외핵으로 나누어져 있는데, 과학자들은 액체 상태의 지구 외핵이 움직이면서 ‘다이나모(Dynamo) 현상’에 의해 강한 자기장이 생긴 것으로 보고 있다. 이런 강한 자기장이 없는 화성의 경우 한때 따뜻한 바다와 두꺼운 대기가 있었던 흔적은 있지만, 현재는 춥고 건조한 사막뿐이다. 과학지들은 지구보다 작은 크기 때문에 화성에 강한 자기장이 형성되지 않아 물과 대기를 대부분 잃고 건조한 사막 행성이 된 것으로 보고 있다. 외계 행성을 연구하는 과학자들은 같은 일이 다른 외계 행성에서도 일어나는지 연구해왔다. 외계 행성에 지구처럼 생명체가 살기 위해서는 대기와 바다를 보호할 강한 자기장이 필요하기 때문에 이는 외계 행성의 생명체 존재 가능성을 연구하는 과학자들에게는 중요한 과제다. 태양계의 사례를 보면 지구보다 더 큰 암석행성의 경우 더 강한 자기장이 생성될 수 있을 것처럼 생각된다. 하지만 일부 과학자들은 반대로 생각한다. 지구보다 큰 암석 행성인 슈퍼지구의 경우 오히려 외핵이 액체 상태로 되어 있지 않아 다이나모 현상에 따른 자기장 생성이 잘되지 않을 수 있다는 게 그 근거다. 그 경우 오히려 행성 크기만 크지 대기는 잘 보호할 수 없어 지구 같은 복잡한 생태계 진화에 불리한 조건일 수 있다. 로체스터 대학의 미키 나카지마 교수 연구팀은 액체 상태의 외핵이 존재하지 않더라도 슈퍼 지구형 외계 행성에 강한 자기장이 생성될 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 연구팀의 모델에 따르면 슈퍼 지구의 깊은 내부 맨틀 아래에는 용암 바다(BMO)가 존재할 수 있으며, 이는 전기적으로 전도성을 가지는 고압 상태의 용암층으로 강한 자기장을 생성할 수 있다는 게 주장의 핵심이다. 연구팀은 이 가설을 검증하기 위해 로체스터 대학 레이저 에너지 연구소에서 레이저 충격 실험을 진행했다. 이 실험을 통해 슈퍼 지구 맨틀층 아래의 극한 압력(수백 GPa)과 온도 조건을 재현해 액체 상태의 용암(마그네슘, 철, 산소 등으로 구성)의 전기 전도성을 측정한 결과 지구 외핵과 유사한 전도성이 있는 것으로 나타났다. 동시에 연구팀은 양자역학적 시뮬레이션과 행성 진화 모델을 결합해, 용암이 얼마나 오래 전도성 상태를 유지할 수 있는지, 그리고 그로 인해 얼마나 강력한 자기장이 생성될 수 있는지 확인했다. 그 결과 지구보다 3~6배 이상 큰 슈퍼 지구에서는 용암 바다(BMO)가 지구 핵보다 강력하고 오래 지속되는 자기장을 생성할 수 있는 것으로 나타났다. 이 연구 결과가 옳다면 항성에 가까이 붙어서 공전하는 슈퍼 지구의 생명체 존재 가능성이 높아진다. 하지만 실제로 두꺼운 대기를 가지고 있는지 알기 위해서는 고성능 망원경으로 자세히 관측해야 한다. 현재 인류가 지닌 가장 강력한 망원경인 제임스 웹 우주 망원경으로도 쉽지 않은 일이다. 그러나 과학자들은 현재 가능한 기술적 방법을 모두 동원해 외계 행성의 생명체 존재 가능성을 검증하고 제2의 지구가 어디 있는지 알아내기 위해 연구를 멈추지 않을 것이다.

지구가 있는 우주는 사실 생명체에게 위험한 장소이다. 매 순간 태양에서는 강한 방사선과 고에너지 입자를 내뿜고 있고 우주 먼 곳에서 폭발한 초신성도 위험한 입자를 방출한다. 그런데도 우리가 무사한 이유는 지구를 지키는 든든한 방어막인 지구 자기장 덕분이다. 지구는 사실 태양계 암석 행성 가운데 가장 강한 자기장을 지니고 있다. 비결은 큰 금속 핵이다. 지구의 핵은 내핵과 외핵으로 나누어져 있는데, 과학자들은 액체 상태의 지구 외핵이 움직이면서 ‘다이나모(Dynamo) 현상’에 의해 강한 자기장이 생긴 것으로 보고 있다. 이런 강한 자기장이 없는 화성의 경우 한때 따뜻한 바다와 두꺼운 대기가 있었던 흔적은 있지만, 현재는 춥고 건조한 사막뿐이다. 과학지들은 지구보다 작은 크기 때문에 화성에 강한 자기장이 형성되지 않아 물과 대기를 대부분 잃고 건조한 사막 행성이 된 것으로 보고 있다. 외계 행성을 연구하는 과학자들은 같은 일이 다른 외계 행성에서도 일어나는지 연구해왔다. 외계 행성에 지구처럼 생명체가 살기 위해서는 대기와 바다를 보호할 강한 자기장이 필요하기 때문에 이는 외계 행성의 생명체 존재 가능성을 연구하는 과학자들에게는 중요한 과제다. 태양계의 사례를 보면 지구보다 더 큰 암석행성의 경우 더 강한 자기장이 생성될 수 있을 것처럼 생각된다. 하지만 일부 과학자들은 반대로 생각한다. 지구보다 큰 암석 행성인 슈퍼지구의 경우 오히려 외핵이 액체 상태로 되어 있지 않아 다이나모 현상에 따른 자기장 생성이 잘되지 않을 수 있다는 게 그 근거다. 그 경우 오히려 행성 크기만 크지 대기는 잘 보호할 수 없어 지구 같은 복잡한 생태계 진화에 불리한 조건일 수 있다. 로체스터 대학의 미키 나카지마 교수 연구팀은 액체 상태의 외핵이 존재하지 않더라도 슈퍼 지구형 외계 행성에 강한 자기장이 생성될 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 연구팀의 모델에 따르면 슈퍼 지구의 깊은 내부 맨틀 아래에는 용암 바다(BMO)가 존재할 수 있으며, 이는 전기적으로 전도성을 가지는 고압 상태의 용암층으로 강한 자기장을 생성할 수 있다는 게 주장의 핵심이다. 연구팀은 이 가설을 검증하기 위해 로체스터 대학 레이저 에너지 연구소에서 레이저 충격 실험을 진행했다. 이 실험을 통해 슈퍼 지구 맨틀층 아래의 극한 압력(수백 GPa)과 온도 조건을 재현해 액체 상태의 용암(마그네슘, 철, 산소 등으로 구성)의 전기 전도성을 측정한 결과 지구 외핵과 유사한 전도성이 있는 것으로 나타났다. 동시에 연구팀은 양자역학적 시뮬레이션과 행성 진화 모델을 결합해, 용암이 얼마나 오래 전도성 상태를 유지할 수 있는지, 그리고 그로 인해 얼마나 강력한 자기장이 생성될 수 있는지 확인했다. 그 결과 지구보다 3~6배 이상 큰 슈퍼 지구에서는 용암 바다(BMO)가 지구 핵보다 강력하고 오래 지속되는 자기장을 생성할 수 있는 것으로 나타났다. 이 연구 결과가 옳다면 항성에 가까이 붙어서 공전하는 슈퍼 지구의 생명체 존재 가능성이 높아진다. 하지만 실제로 두꺼운 대기를 가지고 있는지 알기 위해서는 고성능 망원경으로 자세히 관측해야 한다. 현재 인류가 지닌 가장 강력한 망원경인 제임스 웹 우주 망원경으로도 쉽지 않은 일이다. 그러나 과학자들은 현재 가능한 기술적 방법을 모두 동원해 외계 행성의 생명체 존재 가능성을 검증하고 제2의 지구가 어디 있는지 알아내기 위해 연구를 멈추지 않을 것이다.

고려 무신 정권 시대였던 1181년, 밤하늘에 갑자기 새로운 별이 나타났다. 이 별은 6개월 동안이나 관측됐다. 당시에는 새로운 별을 ‘객성’이라 부르며 인물의 탄생이나 불길한 징조 등 여러 의미로 해석했다. 당대 역사가들은 이를 상세히 기록했으며 고려사에도 관련 기록이 남아 있다. 오랜 세월이 흘러 과학자들은 역사서에 기록된 객성이 초신성 폭발이라는 사실을 밝혀내고 당시 보였던 초신성 후보를 연구했다. 그 결과 1181년 초신성의 가장 유력한 후보로 초신성 ‘Pa 30’의 잔해가 지목됐다. 하지만 모든 미스터리가 풀린 것은 아니다. 오히려 과학자들은 더 당혹스러운 미스터리를 발견했다. 망원경으로 관측한 Pa 30의 생김새가 다른 초신성 잔해에서는 보기 힘든 불꽃놀이 폭죽 모양을 하고 있었기 때문이다. 그 모양은 높은 고도에서 진행된 공중 핵실험인 ‘킹피쉬’(Kingfish)와 유사해 물리적 패턴도 비슷할 것이라는 추측을 낳았다. 과학자들은 Pa 30이 왜 이런 독특한 모습을 하고 있는지 조사했다. 그 결과 초신성 잔해 중심에 ‘WD J005311’라는 백색왜성이 존재하며, 표면 온도가 20만 도로 역대 가장 뜨거운 백색왜성이라는 사실을 확인했다. 이 초신성은 일반적인 형태가 아니라 두 개의 백색왜성이 합쳐져 폭발한 ‘Iax형’ 초신성으로, 폭발 후에도 별이 살아남은 일종의 ‘좀비 별’로 추정된다. 높은 온도 덕분에 초신성 잔해는 현재도 초속 1100km의 빠른 속도로 물질을 뿜어내며 주변으로 퍼지고 있다. 미국 시라쿠스대 에릭 코글린 교수팀은 정교한 수력학적 시뮬레이션을 통해 이 독특한 불꽃놀이 형태의 생성 과정을 연구했다. 그 결과 초신성 폭발 물질이 주변에 있는 별 주위 물질(CSM)로 강하게 확산하면서 두 개의 다른 밀도를 지닌 물질 사이에 발생하는 ‘레일리-테일러 불안정성’(RTI) 현상으로 인해 이와 같은 무늬가 생겼다는 사실을 발견했다. 우주 공간으로 확산하는 초신성 잔해는 단순한 우주 불꽃놀이가 아니라 다음 세대의 행성과 별의 재료가 될 물질을 퍼뜨리는 중요한 과정이다. 초신성 폭발 후 물질들이 백색왜성, 중성자별, 블랙홀에만 갇혀 있으면 지구 같은 행성이나 인간 같은 생명체는 탄생할 수 없다. 아득한 과거 이런 초신성에서 나온 물질들이 모여 행성과 생명체의 재료가 됐기에 이 과정을 연구하는 것은 과학자들에게 매우 중요한 과제다.

고려 무신 정권 시대였던 1181년, 밤하늘에 갑자기 새로운 별이 나타났다. 이 별은 6개월 동안이나 관측됐다. 당시에는 새로운 별을 ‘객성’이라 부르며 인물의 탄생이나 불길한 징조 등 여러 의미로 해석했다. 당대 역사가들은 이를 상세히 기록했으며 고려사에도 관련 기록이 남아 있다. 오랜 세월이 흘러 과학자들은 역사서에 기록된 객성이 초신성 폭발이라는 사실을 밝혀내고 당시 보였던 초신성 후보를 연구했다. 그 결과 1181년 초신성의 가장 유력한 후보로 초신성 ‘Pa 30’의 잔해가 지목됐다. 하지만 모든 미스터리가 풀린 것은 아니다. 오히려 과학자들은 더 당혹스러운 미스터리를 발견했다. 망원경으로 관측한 Pa 30의 생김새가 다른 초신성 잔해에서는 보기 힘든 불꽃놀이 폭죽 모양을 하고 있었기 때문이다. 그 모양은 높은 고도에서 진행된 공중 핵실험인 ‘킹피쉬’(Kingfish)와 유사해 물리적 패턴도 비슷할 것이라는 추측을 낳았다. 과학자들은 Pa 30이 왜 이런 독특한 모습을 하고 있는지 조사했다. 그 결과 초신성 잔해 중심에 ‘WD J005311’라는 백색왜성이 존재하며, 표면 온도가 20만 도로 역대 가장 뜨거운 백색왜성이라는 사실을 확인했다. 이 초신성은 일반적인 형태가 아니라 두 개의 백색왜성이 합쳐져 폭발한 ‘Iax형’ 초신성으로, 폭발 후에도 별이 살아남은 일종의 ‘좀비 별’로 추정된다. 높은 온도 덕분에 초신성 잔해는 현재도 초속 1100km의 빠른 속도로 물질을 뿜어내며 주변으로 퍼지고 있다. 미국 시라쿠스대 에릭 코글린 교수팀은 정교한 수력학적 시뮬레이션을 통해 이 독특한 불꽃놀이 형태의 생성 과정을 연구했다. 그 결과 초신성 폭발 물질이 주변에 있는 별 주위 물질(CSM)로 강하게 확산하면서 두 개의 다른 밀도를 지닌 물질 사이에 발생하는 ‘레일리-테일러 불안정성’(RTI) 현상으로 인해 이와 같은 무늬가 생겼다는 사실을 발견했다. 우주 공간으로 확산하는 초신성 잔해는 단순한 우주 불꽃놀이가 아니라 다음 세대의 행성과 별의 재료가 될 물질을 퍼뜨리는 중요한 과정이다. 초신성 폭발 후 물질들이 백색왜성, 중성자별, 블랙홀에만 갇혀 있으면 지구 같은 행성이나 인간 같은 생명체는 탄생할 수 없다. 아득한 과거 이런 초신성에서 나온 물질들이 모여 행성과 생명체의 재료가 됐기에 이 과정을 연구하는 것은 과학자들에게 매우 중요한 과제다.

서울 서대문구가 연세대 이과대학과 공동으로 오는 29일 오전 10시부터 2시간여 동안 연세대 과학관 111호에서 ‘연세 과학 콘서트’를 연다고 11일 밝혔다. 이번 강연에서는 ‘천체물리학’과 ‘양자컴퓨팅’ 분야에 대한 청중들의 자연과학적 이해를 돕는다. 1부에서는 임연환 연세대 물리학과 교수가 초신성 폭발 후 남은 초고밀도 천체인 ‘중성자별’에 대해 청중들이 알기 쉽게 풀어준다. 중성자별 연구가 별의 최후를 이해하는 것은 물론 극한 상태의 물질, 중력, 상대성이론 검증 등 현대 천체물리학의 핵심 질문들과도 연결됨을 설명한다. 2부에서는 허준석 연세대 화학과 교수가 양자컴퓨팅의 기본 원리를 비롯해 양자 알고리즘이 중첩과 얽힘, 간섭을 활용해 어떻게 계산을 수행하고 해답을 도출하는지 그 과정과 핵심 아이디어를 소개한다. 이성헌 서대문구청장은 “연세대 교수진의 수준 높은 강의를 통해 자연과학적 소양을 제고하고 청소년들은 대학 전공 및 진로 탐색을 통해 장차 꿈을 현실로 만들 기회가 되길 바란다”고 말했다.

서울 서대문구가 연세대 이과대학과 공동으로 오는 29일 오전 10시부터 2시간여 동안 연세대 과학관 111호에서 ‘연세 과학 콘서트’를 연다고 11일 밝혔다. 이번 강연에서는 ‘천체물리학’과 ‘양자컴퓨팅’ 분야에 대한 청중들의 자연과학적 이해를 돕는다. 1부에서는 임연환 연세대 물리학과 교수가 초신성 폭발 후 남은 초고밀도 천체인 ‘중성자별’에 대해 청중들이 알기 쉽게 풀어준다. 중성자별 연구가 별의 최후를 이해하는 것은 물론 극한 상태의 물질, 중력, 상대성이론 검증 등 현대 천체물리학의 핵심 질문들과도 연결됨을 설명한다. 2부에서는 허준석 연세대 화학과 교수가 양자컴퓨팅의 기본 원리를 비롯해 양자 알고리즘이 중첩과 얽힘, 간섭을 활용해 어떻게 계산을 수행하고 해답을 도출하는지 그 과정과 핵심 아이디어를 소개한다. 더불어 양자컴퓨터가 화학, 물리, 재료, 정보보안 등 다양한 분야에서 실제로 어떻게 응용될 수 있는지 최신 동향과 전망을 다룬다. 이성헌 서대문구청장은 “연세대 교수진의 수준 높은 강의를 통해 자연과학적 소양을 제고하고 청소년들은 대학 전공 및 진로 탐색을 통해 장차 꿈을 현실로 만들 기회가 되길 바란다”고 말했다.

인간의 몸을 구성하는 원소 대부분은 별에서 만들어졌다. 수소를 제외한 모든 원소들이 별의 핵융합 반응을 거치거나 초신성 폭발 과정에서 탄생한 것이다. 이처럼 우리 모두는 별의 먼지에서 비롯되었지만, 우주에서 처음으로 만들어진 별들은 오직 수소와 헬륨으로만 이루어져 있었다. 이들은 ‘종족 III’(Population III)이라 불리는 우주 1세대 별들로, 아쉽게도 지금은 하나도 남아 있지 않다. 빅뱅 직후 우주의 밀도는 지금보다 훨씬 높아 태양 질량의 수십 배에서 수백 배에 달하는 거대한 별들이 탄생했다. 별은 질량이 클수록 중심부의 핵융합 반응이 더욱 격렬해져 밝게 빛나고, 그만큼 연료를 빠르게 소모해 수백만 년의 짧은 생을 마감한다. 이 거대한 별들은 초신성 폭발과 함께 사라지면서 리튬보다 무거운 원소들, 즉 천문학에서 ‘금속’이라고 부르는 원소들을 우주 공간에 남겼다. 이후 종족 III 별의 잔해와 풍부한 수소 속에서 탄생한 별들이 ‘종족 II’ 별들이다. 이들은 금속 함량이 적은(metal-poor) 별이라고도 불리며, 작고 나이가 많아 주로 구상성단이나 은하 주변부의 헤일로에 존재한다. 반면, 우리의 태양처럼 금속이 풍부한 별은 ‘종족 I’로 분류되며 은하계에 흔하게 분포한다. 천문학자들은 우주 초기의 역사를 고스란히 간직한, 순수한 ‘금속이 적은 별’을 찾기 위해 오랜 시간 노력해왔다. 최근 미국 시카고대 천문학자 길레르메 림버그 박사는 유럽우주국(ESA)의 가이아(Gaia) 위성 관측 데이터를 분석한 결과, 종족 II 중에서도 극도로 금속 함량이 적은 별(Ultra-metal-poor·UMP)인 ‘GDR3_526285’를 발견하는 데 성공했다. 연구팀은 칠레에 위치한 6.5m 주경(主鏡·망원경의 반사경 가운데 가장 지름이 큰 거울)의 마젤란 클레이 망원경을 이용해 이 별을 정밀 관측했다. 그 결과 이 별은 지구에서 7만 8600광년 떨어져 있으며, 질량은 태양의 0.78배 수준인 것으로 확인됐다. 이 별은 우리 은하의 외곽인 헤일로에 위치하고 있지만, 우리 은하의 위성 은하인 대마젤란 은하(LMC)에서 떨어져 나온 것으로 추정된다. GDR3_526285는 종족 II 별 가운데서도 역대 가장 낮은 금속 함량을 기록해서, 종족 III 별의 직계 후손일 뿐만 아니라 우주에서 가장 오래된 별 가운데 하나로 평가받는다. 이는 순수한 태초의 별에 가장 가까운 ‘우주의 타임캡슐’인 셈이다. 이 별에 담긴 비밀은 초기 우주의 별들이 어떻게 형성되고 진화했는지를 밝혀줄 중요한 단서가 될 것으로 기대된다. 앞으로 GDR3_526285가 간직한 미지의 역사를 밝혀내기 위한 천문학자들의 연구가 더욱 활발해질 전망이다.

인간의 몸을 구성하는 원소 대부분은 별에서 만들어졌다. 수소를 제외한 모든 원소들이 별의 핵융합 반응을 거치거나 초신성 폭발 과정에서 탄생한 것이다. 이처럼 우리 모두는 별의 먼지에서 비롯되었지만, 우주에서 처음으로 만들어진 별들은 오직 수소와 헬륨으로만 이루어져 있었다. 이들은 ‘종족 III’(Population III)이라 불리는 우주 1세대 별들로, 아쉽게도 지금은 하나도 남아 있지 않다. 빅뱅 직후 우주의 밀도는 지금보다 훨씬 높아 태양 질량의 수십 배에서 수백 배에 달하는 거대한 별들이 탄생했다. 별은 질량이 클수록 중심부의 핵융합 반응이 더욱 격렬해져 밝게 빛나고, 그만큼 연료를 빠르게 소모해 수백만 년의 짧은 생을 마감한다. 이 거대한 별들은 초신성 폭발과 함께 사라지면서 리튬보다 무거운 원소들, 즉 천문학에서 ‘금속’이라고 부르는 원소들을 우주 공간에 남겼다. 이후 종족 III 별의 잔해와 풍부한 수소 속에서 탄생한 별들이 ‘종족 II’ 별들이다. 이들은 금속 함량이 적은(metal-poor) 별이라고도 불리며, 작고 나이가 많아 주로 구상성단이나 은하 주변부의 헤일로에 존재한다. 반면, 우리의 태양처럼 금속이 풍부한 별은 ‘종족 I’로 분류되며 은하계에 흔하게 분포한다. 천문학자들은 우주 초기의 역사를 고스란히 간직한, 순수한 ‘금속이 적은 별’을 찾기 위해 오랜 시간 노력해왔다. 최근 미국 시카고대 천문학자 길레르메 림버그 박사는 유럽우주국(ESA)의 가이아(Gaia) 위성 관측 데이터를 분석한 결과, 종족 II 중에서도 극도로 금속 함량이 적은 별(Ultra-metal-poor·UMP)인 ‘GDR3_526285’를 발견하는 데 성공했다. 연구팀은 칠레에 위치한 6.5m 주경(主鏡·망원경의 반사경 가운데 가장 지름이 큰 거울)의 마젤란 클레이 망원경을 이용해 이 별을 정밀 관측했다. 그 결과 이 별은 지구에서 7만 8600광년 떨어져 있으며, 질량은 태양의 0.78배 수준인 것으로 확인됐다. 이 별은 우리 은하의 외곽인 헤일로에 위치하고 있지만, 우리 은하의 위성 은하인 대마젤란 은하(LMC)에서 떨어져 나온 것으로 추정된다. GDR3_526285는 종족 II 별 가운데서도 역대 가장 낮은 금속 함량을 기록해서, 종족 III 별의 직계 후손일 뿐만 아니라 우주에서 가장 오래된 별 가운데 하나로 평가받는다. 이는 순수한 태초의 별에 가장 가까운 ‘우주의 타임캡슐’인 셈이다. 이 별에 담긴 비밀은 초기 우주의 별들이 어떻게 형성되고 진화했는지를 밝혀줄 중요한 단서가 될 것으로 기대된다. 앞으로 GDR3_526285가 간직한 미지의 역사를 밝혀내기 위한 천문학자들의 연구가 더욱 활발해질 전망이다.

밤하늘에 가장 밝은 별 가운데 하나인 베텔게우스(Betelgeuse) 옆에 동반성이 있다는 사실이 처음으로 밝혀졌다. 최근 미 항공우주국(NASA) 에임스 연구센터 등 연구팀은 하와이에 있는 제미니 노스 망원경에 장착된 알로페케(Alopeke)라는 이름의 스펙클 이미징 장비를 사용해 동반성을 촬영하는 데 성공했다는 연구 결과를 ‘천체물리학저널 회보’(The Astrophysical Journal Letters) 최신 호에 발표했다. NASA가 공개한 사진을 보면 오렌지색으로 빛나는 베텔게우스 옆으로 다소 희미하지만 파랗게 빛나는 존재가 확인되는데 이것이 바로 또 다른 별이다. 이 별은 우리 태양 질량의 약 1.5배로 매우 어리고 뜨거우며 아직 중심부의 소수 연소가 시작되지는 않은 것으로 추정된다. 놀라운 사실은 자신보다 훨씬 더 큰 초거성 베텔게우스를 공전한다는 점으로 이 거리는 지구와 태양 사이의 4배에 불과하다. 우주의 관점에서 보면 말 그대로 바짝 붙어있는 셈으로 결국에는 베텔게우스 중력에 끌려 삼켜질 것으로 예상된다. 이번 동반성 발견이 의미 있는 것은 오랜 시간 베텔게우스를 둘러싼 미스터리 하나가 해결됐다는 점에 있다. 지난 수천 년 동안 인류는 베텔게우스를 관찰하면서 밝기가 1년 주기로 단주기 변화하고 6년 주기로 장주기 변화한다는 사실을 알아냈다. 그러나 그 이유에 대해서는 알지 못했는데, 이번에 동반성의 존재가 확인되면서 그 영향이라는 사실이 밝혀진 것이다. 연구를 이끈 스티브 하웰 박사는 “베텔게우스에 동반성이 존재한다고 예측한 연구자들도 이렇게 망원경으로 직접 관측할 수 있을 것이라 생각지 못했을 것”이라면서 “초거성 주위를 도는 가까운 동반성이 발견된 것은 이번이 처음으로 기술적으로 매우 어려운 일”이라고 의미를 부여했다. 한편 밤하늘에 가장 밝은 별 가운데 하나인 베텔게우스는 사실 지구에서 640광년 이상 멀리 떨어진 별이다. 과학자들은 베텔게우스의 지름이 태양의 700배 이상이고 부피는 4억 배 정도 되는 것으로 보고 있다. 밝기는 태양의 최대 10만 배 수준이라 이 때문에 멀리 떨어진 지구에서도 망원경 없이 볼 수 있다. 만약 베텔게우스를 우리의 태양 자리에 끌어다 놓는다면 목성의 궤도까지 잡아먹을 정도다. 특히 전 세계 천문학자들이 베텔게우스에 관심을 집중하는 이유는 따로 있다. 나이가 1000만 년이 채 되지 않을 정도로 젊디젊지만, 조만간 임종을 앞둔 별이기 때문이다. 곧 수명을 다해 초신성으로 폭발할 운명으로 어쩌면 현장에서는 이미 폭발했을지도 모른다. 지금 우리가 보는 베텔게우스의 붉은 별빛이 이성계가 위화도에서 고려 군사를 되돌릴까 결심하던 시기 출발한 빛일 수 있는 것과 같은 이치다. 그렇다면 만약 베텔게우스가 초신성으로 폭발하면 우리에게는 어떤 영향을 미칠까? 전문가들은 갑자기 하늘이 밝아지면서 2주 정도는 지구의 밤은 없어질 것으로 예측한다.

밤하늘에 가장 밝은 별 가운데 하나인 베텔게우스(Betelgeuse) 옆에 동반성이 있다는 사실이 처음으로 밝혀졌다. 최근 미 항공우주국(NASA) 에임스 연구센터 등 연구팀은 하와이에 있는 제미니 노스 망원경에 장착된 알로페케(Alopeke)라는 이름의 스펙클 이미징 장비를 사용해 동반성을 촬영하는 데 성공했다는 연구 결과를 ‘천체물리학저널 회보’(The Astrophysical Journal Letters) 최신 호에 발표했다. NASA가 공개한 사진을 보면 오렌지색으로 빛나는 베텔게우스 옆으로 다소 희미하지만 파랗게 빛나는 존재가 확인되는데 이것이 바로 또 다른 별이다. 이 별은 우리 태양 질량의 약 1.5배로 매우 어리고 뜨거우며 아직 중심부의 소수 연소가 시작되지는 않은 것으로 추정된다. 놀라운 사실은 자신보다 훨씬 더 큰 초거성 베텔게우스를 공전한다는 점으로 이 거리는 지구와 태양 사이의 4배에 불과하다. 우주의 관점에서 보면 말 그대로 바짝 붙어있는 셈으로 결국에는 베텔게우스 중력에 끌려 삼켜질 것으로 예상된다. 이번 동반성 발견이 의미 있는 것은 오랜 시간 베텔게우스를 둘러싼 미스터리 하나가 해결됐다는 점에 있다. 지난 수천 년 동안 인류는 베텔게우스를 관찰하면서 밝기가 1년 주기로 단주기 변화하고 6년 주기로 장주기 변화한다는 사실을 알아냈다. 그러나 그 이유에 대해서는 알지 못했는데, 이번에 동반성의 존재가 확인되면서 그 영향이라는 사실이 밝혀진 것이다. 연구를 이끈 스티브 하웰 박사는 “베텔게우스에 동반성이 존재한다고 예측한 연구자들도 이렇게 망원경으로 직접 관측할 수 있을 것이라 생각지 못했을 것”이라면서 “초거성 주위를 도는 가까운 동반성이 발견된 것은 이번이 처음으로 기술적으로 매우 어려운 일”이라고 의미를 부여했다. 한편 밤하늘에 가장 밝은 별 가운데 하나인 베텔게우스는 사실 지구에서 640광년 이상 멀리 떨어진 별이다. 과학자들은 베텔게우스의 지름이 태양의 700배 이상이고 부피는 4억 배 정도 되는 것으로 보고 있다. 밝기는 태양의 최대 10만 배 수준이라 이 때문에 멀리 떨어진 지구에서도 망원경 없이 볼 수 있다. 만약 베텔게우스를 우리의 태양 자리에 끌어다 놓는다면 목성의 궤도까지 잡아먹을 정도다. 특히 전 세계 천문학자들이 베텔게우스에 관심을 집중하는 이유는 따로 있다. 나이가 1000만 년이 채 되지 않을 정도로 젊디젊지만, 조만간 임종을 앞둔 별이기 때문이다. 곧 수명을 다해 초신성으로 폭발할 운명으로 어쩌면 현장에서는 이미 폭발했을지도 모른다. 지금 우리가 보는 베텔게우스의 붉은 별빛이 이성계가 위화도에서 고려 군사를 되돌릴까 결심하던 시기 출발한 빛일 수 있는 것과 같은 이치다. 그렇다면 만약 베텔게우스가 초신성으로 폭발하면 우리에게는 어떤 영향을 미칠까? 전문가들은 갑자기 하늘이 밝아지면서 2주 정도는 지구의 밤은 없어질 것으로 예측한다.