우리의 실종된 개념이 모두 모여있다는 그 곳, '안드로메다 은하'에서 처음으로 중성자별이 포착됐다.최근 이탈리아 국립천문학연구소(INAF)등 국제공동연구팀은 안드로메다 은하에서 1.2초의 속도로 회전하는 중성자별을 발견했다는 연구결과를 발표했다. 유럽우주국(ESA)의 XMM-뉴턴(XMM-Newton)망원경을 동원해 찾아낸 이 중성자별은 은하 중심부 부근에 위치해 있으며 빠른 속도로 회전한다. 다소 낯선 이름의 중성자별(neutron star)은 우주에 존재하는 천체 중 가장 고밀도다. 일반적으로 별은 초신성 폭발을 일으키며 찬란한 죽음을 맞이하는데 이때 별의 바깥 부분은 사방팔방으로 흩어지고 그 중심부는 중력으로 압축돼 중성자별이 되거나 혹은 블랙홀이 된다. 이 때문에 중성자별은 크기가 100㎞ 정도만 돼도 우리 태양보다 질량이 무겁다. INAF 연구팀은 XMM-뉴턴 망원경을 통해 오랜시간 안드로메다를 관측하면서 정기적으로 깜빡깜빡 빛나는 시그널을 확인했다. 곧 주기적으로 빠른 전파나 방사선을 방출하는 펄사(Pulsars)로 이는 고속으로 회전하는 중성자별을 의미한다. 연구를 이끈 지안 루카 이스라엘 박사는 "지난 10년 간 우리 은하에서 중성자별을 발견한 적은 있지만 이웃한 안드로메다에서 발견한 것은 처음"이라고 의미를 부여했다. 이어 "이 중성자별은 우리 태양보다 질량이 조금 작은 별을 맞돌며 쌍성계를 이루고 있다"면서 "안드로메다 안에 더 많은 중성자별이 있는지는 확신할 수 없다"고 밝혔다. 　 한편 ‘M31’로도 불리는 안드로메다 은하는 나선팔 구조를 가진 모습이 우리 은하와 거의 비슷하지만 질량은 2배 이상이다. 우리은하와 이웃한 은하에 속하지만 그 거리만 무려 250만 광년. 그러나 맑은 날 밤하늘을 올려다보면 맨 눈으로도 뿌옇게 보일 만큼 우리에게 친숙하기도 하다. 최소 1억 개 부터 1조 개 까지 정확한 별의 숫자도 모를 만큼 연구할 것이 많은 안드로메다 은하는 영겁의 시간이 지나면 흥미롭게도 우리 곁으로 다가온다. 전문가들에 따르면 현재 두 은하당 시간당 40만 km 속도로 접근하고 있는 중이다. 결과적으로 37억 년 정도 후면 두 은하가 충돌하고 65억 년 뒤면 완전히 합체해 거대한 타원은하가 된다. 천문학자들이 태어나지도 않은 이 은하에 붙여놓은 이름은 두 은하의 이름을 합친 ‘밀코메다‘(Milkomeda)다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

​별이 없던 곳에서 갑자기 밝은 별이 하나 나타나 온 하늘의 별들을 압도할 정도로 눈부시게 반짝인다. 예로부터 이런 별을 가리켜 초신성이라 했지만, 사실 '신성'은 아니다. 정확하게 말하자면, 늙은 별의 임종이다. ​ ​나사(NASA)의 발표에 따르면 초신성은 우주에서 가장 큰 규모의 폭발이라고 한다. 이 같은 초신성은 우리은하 크기의 은하에서 평균 50년에 한 번꼴로 나타난다. 이는 곧, 우주를 통털어 볼 때 별들의 폭발은 매초 또는 몇 초마다 일어난다는 뜻이다. 다만 너무나 먼 거리에서 일어나는 일이라 우리가 관측할 수 없을 따름이다. ​우리나라에서는 잠시 머물렀다 사라진다는 의미로 객성(客星·손님별)이라고 불렸다. 기록에 남아 있는 최초의 초신성은 185년에 중국의 천문학자들에 의해 관측된 것이다. 1006년에 관측된 초신성은 지금까지 가장 밝았던 초신성으로 추정되며 중국과 이슬람의 천문학자들에 의해 자세히 기록되었다. 1054년에 나타난 초신성은 중국의 천문학자에 의해 관측되었으며, 그 잔해는 게성운이라는 이름으로 남아 있다. ​1572년의 초신성은 튀코 브라헤(1546~1601)에 의해 관측되어 튀코 초신성이라고 불리고, 그로부터 30년 뒤인 1604년의 초신성은 요하네스 케플러(1571~1630)에 의해 관측되어 케플러 초신성이라고 불리는데, 우리은하에서 가장 최근에 관측된 초신성이다. 그러니까 50년에 한 번 꼴로 터진다는 초신성이 400년이 넘도록 한 번도 터지지 않았다는 말이다. 그래서 사람들은 위대한 천문학자가 있을 때만 초신성이 터진다는 우스갯소리를 하기도 한다. ​​1572년과 1604년에 관측된 초신성들은 유럽에서 천문학 발전에 큰 역할을 했다. 아리스토텔레스(BC 384~BC 322)는 세계를 달을 경계로 하여 천상과 지상으로 나누고, 천상의 세계는 영원불변하며, 지상의 세계는 덧없고 변화무쌍한 세계라고 규정했다. 그러나 튀코는 초신성이 그 '천상의 세계'에서 일어난 사건임을 밝힘으로써 아리스토텔레스의 분류법은 덧없이 사라지고 말았다. ​ 초신성, 왜 폭발하는가?​ 거대한 덩치의 별이 생애의 마지막 지점에 이르러 남은 연료를 태다 우고 나면 이 이상 에너지를 생산할 수 없게 된다. 그러면 무슨 일이 일어나는가? 내부의 압력과 중력의 균형이 무너짐으로써 급격한 중력붕괴를 일으켜 대폭발을 일으키는 것이다. 거대한 별이 한순간에 폭발로 자신을 이루고 있던 온 물질을 우주공간으로 폭풍처럼 내뿜어버린다. 수축의 시작에서 대폭발까지의 시간은 겨우 몇 분에 지나지 않는다. 수천만 년 동안 빛나던 대천체의 종말 치고는 허무할 정도로 짧은 순간에 끝난다. 이것이 바로 초신성 폭발인 것이다. ​초신성 폭발 순간에는 태양이 평생 생산하는 것보다 더 많은 에너지를 순간적으로 분출시키며, 태양 밝기의 수십억 배나 되는 광휘로 우주공간을 밝힌다. 빛의 강도는 수천억 개의 별을 가진 온 은하가 내놓는 빛보다 더 밝다. 우리은하 부근이라면 대낮에도 맨눈으로 볼 수 있을 정도로, 초신성 폭발은 은하 충돌과 함께 우주의 최대 드라마다. ​약 1000만 년 전에 한 무리의 초신성이 '국부 거품(Local Bubble)'이라고 불리는 가스 구덩이를 만들었는데, 땅콩껍질을 닮은 이 구덩이는 우리은하의 오리온팔에 있으며, 폭이 무려 300광년에 달한다. 우리 태양계도 이 속에 잠겨 있다. ​별도 태어나서 살다가 죽는 것은 인간처럼 다를 바가 없지만, 그 종말의 모습이 다 같지는 않다. 별의 운명을 결정짓는 것은 오직 하나, 별의 질량이다. ​ ​태양 같은 작은 별들은 대체로 조용한 임종을 맞지만, 태양보다 9배 이상 무거운 별에게는 다른 운명이 기다리고 있다. 임종에 가까워지면 격렬한 중력붕괴를 일으킨 후 대폭발로 장렬한 최후를 맞는 것이다. 이것이 바로 초신성 폭발이다. 그런데 초신성에도 다음 두 가지 종류가 있다. ​ *Ⅰ형 초신성: ​주변의 별 물질을 빨아들여 한계질량에 이르면 폭발하는 초신성. *II형 초신성: 별 자체의 질량이 커서 스스로 중력붕괴를 일으켜 폭발하는 초신성. ​ ​중력붕괴로 폭발하는 II형 초신성 일반적으로 초신성은 태양 질량의 9배 이상의 별이 항성진화의 최종 단계에서 자체 중력에 의한 붕괴로 폭발하는 현상이다. 따라서 초신성의 밝기는 별의 질량에 따라 달라진다. 이것이 II형 초신성이다 ​. 별이​ 에너지를 생산하는 방식은 핵에서 수소 융합반응에 의한 것이다. 융합반응은 원소번호 순으로 일어난다. 수소가 다 타서 헬륨이 되면, 헬륨이 융합반을을 시작하고, 탄소, 산소, 네온, 마그네슘, 실리콘, 그리고 끝으로 원자번호 26번인 철로 융합된다. ​그리고 별 속에서 만들어진 원소들은 양파 껍질처럼 별 속에 켜켜이 쌓인다. 모든 핵 가운데 가장 강하게 결합하는 것이 철이기 때문에, 철보다 가벼운 원소는 융합으로, 철보다 무거운 원는 분열로 핵 에너지를 방출한다. 그럼 철보다 무거운 원소는 어떻게 만들어진 걸까? 모두 초신성 폭발 때 엄청난 고온과 압력으로 순간적으로 만들어진 것이다. 따라서 양은 비교적 적은 편이다. 금이 쇠보다 비싼 것은 그런 이유 때문이다. ​ 만약 당신의 손가락에 금반지가 끼워져 있다면, 그것은 어떤 초신성이 폭발할 때 만들어져 우주공간을 떠돌다가 지구가 생성될 때 끌려들어와서는 광맥을 형성했고, 그것을 광부가 캐내어 금은방을 거쳐 당신 손가락에 끼워진 것이라고 보면 된다. ​무거운 별은 초신성 폭발 후 중력붕괴를 일으켜 고밀도의 별이 되는데, 여기에서도 질량에 따라 운명이 갈라진다. 그 질량이 태양질량의 1.1배 이하가 되면 백색왜성으로 주저앉고, 1.1~3 배 사이가 되면 중성자별이 된다. 중성자별은 우주에서 존재하는 천체 중 가장 고밀도이다. 하지만 덩치는 아주 작다. 거의 한 도시 크기만한 몸집에 태양의 질량의 두 배에 달하는 엄청난 질량을 쑤셔넣어 가지고 있다. 찻술 하나의 중성자별 물질 무게는 약 10억 톤에 달한다. 백색왜성의 중력을 받쳐주는 것은 전자의 축퇴압인 데 비해, 중성자별의 중력을 맞받고 있는 것은 중성자 축퇴압이다. 그래서 고밀도이지만 이상 더 붕괴하지 않고 평형을 이루어 유지된다. ​중성자별이 최초로 발견된 것은 1967년, 영국 천문학과 학생 조셀린 벨에 의해서였다. 그녀는 CP 1919에서 오는 일정한 전파 펄스를 발견하여 중성자별 존재를 확인한 후,지도교수인 안토니 휴이시와 같이 제2저자로 논문을 썼는데, 그 업적으로 휴이시는 노벨 물리학상을 받았으나, 벨은 제외되어 많은 논란을 불러일으켰다. 태양질량보다 20~30에 이르는 초거성은 초신성 폭발을 일으키지 않고 중력붕괴 후 곧바로 블랙홀이 된다고 천문학자들은 생각하고 있다. 중성자 축퇴압으로도 자체 중력을 버티지 못해 극한 밀도로 뭉쳐지는 것이다. 표준 촛불인 I형 초신성 우리 태양 같은 별은 질량이 작아서 요란스러운 폭발로 종말을 맞지는 않고 비교적 조용히 생을 마감한다. ​앞으로 20억 년쯤 후면, 태양은 연료를 거의 소진하고 점점 뜨거워져 적색거성의 길을 밟는다. 그리하여 최종적으로는 서서히 식어서 백색왜성으로 낙착되겠지만, 그전에 지구의 바닷물은 모두 증발되고 지구상의 모든 것들은 숯덩이처럼 타버리고 말 것이다. 그리고 이윽고 자신의 외각층을 우주공간으로 뿜어내고 마는데, 그것은 거대한 가스 고리를 만들어 명왕성 궤도에까지 이를 것이다. 이 단계를 행성상 성운이라 한다. 한때 지구 행성에서 인류가 일구어온 문명의 잔해들도 틀림없이 그 속에 포함되어 있을 것이다. 이렇게 천천히 식어가는 백색왜성으로서 생을 마감하는 ​별에 어떤 사건이 벌어질 수도 있다. 별들은 대체로 동반성을 갖고 있는 경우가 많은데, 그 동반성이 많은 물질을 방출하는 적색거성이라면 상황이 달라진다. 적색거성에서 방출된 물질은 백색왜성으로 끌려들어가 백색왜성의 질량이 폭증하는 사태가 오는 것이다. 그렇다고 백색왜성이 물질을 무한정 받아들이는 것은 아니다. 과식금지의 한계선이 있는데, 그것은 태양질량의 1.44배로서, 찬드라세카르 한계라 한다. 인도 출신의 물리학자 찬드라세카르가 밝힌 것으로, 그는 이 발견으로 1983년에 노벨 물리학상을 받았다. ​백색왜성의 질량이 이 한계에 이르면 이떤 일이 벌어지는가? 별의 중력을 버텨주는 힘, 곧 별 물질의 전자들이 서로를 밀어내는 축퇴압이 더 이상 감당을 못해 격렬한 중력붕괴를 일으키면서 폭발하고 마는 것이다. 일정한 증가하게 되고, 백색왜성의 질량이 찬드라세카르 한계에 이르게 되면 더 이상 축퇴압으로 버티지 못하고 붕괴되면서 폭발하게 된다. 이렇게 폭발하는 별이 바로 1a형 초신성이다. 1a형 초신성은 비슷한 질량을 가진 상태에서 폭발하기 때문에 폭발시의 최대 밝기가 거의 일정하다. 따라서 1a형 초신성의 겉보기 광도를 재면 그 거리를 알 수 있게 된다. 천문학은 이로써 우주를 재는 중요한 잣대를 하나 마련한 셈이 되었다. 그래서 1a형 초신성을 표준 촛불이라고 한다. 별과 당신의 관계 ​1929년 에드윈 허블(1889~1953)이 우주가 팽창하고 있다는 놀라운 사실을 처음으로 발견한 이후, 최대의 관심사 중 하나는 우주의 팽창속도가 일정한가 변화하는가라는 문제였다. 이 문제에 답을 준 것이 다름아닌 바로 초신성 1a였다. ​과학자들은 멀리 있는 1a형 초신성 수십 개의 거리와 후퇴속도를 분석한 결과, 우주가 일정한 속도로 팽창하는 경우에 비해 밝기가 더 어둡다는 사실이 밝혀냈다. 이것은 이 초신성들이 예상보다 더 멀리 있다는 뜻이며, 그 원인은 단 하나, 우주의 팽창속도가 점점 빨라지고 있음을 뜻하는 것이었다. 이전까지는 우주의 팽창속도가 결국에는 우주에 있는 물질들의 인력 때문에 줄어들 것으로 생각되었지만, 실제 관측 결과는 이와 정반대로 나타난 것이다. 최근의 우주론에서 가장 획기적인 발견으로 인정되고 있는 이 관측 결과는 1998년 두 팀의 천문학자들에 의해 독립적으로 발표되었고, 그들은 후에 이 업적으로 노벨 물리학상을 받았다. 그렇다면 우주의 팽창에 가속 페달을 밟고 있는 존재는 무엇인가? 과학자들이 가장 강한 의혹의 눈길을 보내고 있는 것은 '암흑 에너지(dark energy)'다. '암흑'이라는 접두어가 붙은 것만으로 알 수 있듯이, 이것은 복면을 쓴 정체불명의 진공 에너지다. 더욱이 이 암흑 에너지는 우주가 팽창할수록 더 커지는 성질을 갖고 있다. 따라서 우리는 좀 따분하겠지만 앞으로도 영원히 가속팽창하는 우주를 하염없이 바라보아야 할 운명이다. 어쨌든 이런 놀라운 우주의 비밀을 밝혀준 것이 바로 초신성인 것이다. 그런데 초신성에 대해서 이 모든 것을 압도하는 중요한 햇심은 인간의 몸을 구성하는 모든 원소들, 곧 피 속의 철, 이빨 속의 칼슘, DNA의 질소, 갑상선의 요드 등 원자 알갱이 하나하나는 모두 별 속에서 만들어졌다는 사실이다. 수십억 년 전 초신성 폭발로 우주를 떠돌던 별의 물질들이 뭉쳐져 지구를 만들고, 이것을 재료삼아 모든 생명체들과 인간을 만든 것이다. 우리 몸의 피 속에 있는 요드, 철, 칼슘 등은 모두 별에서 온 것들이다. 이건 무슨 비유가 아니라, 과학이고 사실 그 자체다. 그러므로 우리는 알고 보면 어버이 별에게서 몸을 받아 태어난 별의 자녀들인 것이다. 말하자면 우리는 별먼지로 만들어진 ‘메이드 인 스타(made in stars)'인 셈이다. 이게 바로 별과 인간의 관계, 우주와 나의 관계인 것이다. 이처럼 우리는 우주의 일부분이다. 그래서 우리은하의 크기를 최초로 잰 미국의 천문학자 할로 섀플리(1885~1972)는 이렇게 말했다. ‘우리는 뒹구는 돌들의 형제요 떠도는 구름의 사촌이다’. 바로 우리 선조들이 말한 물아일체(物我一體)이다. 인간의 몸을 구성하는 원자의 2/3가 수소이며, 나머지는 별 속에서 만들어져 초신성이 폭발하면서 우주에 뿌려진 것이다. 이것이 수십억 년 우주를 떠돌다 지구에 흘러들었고, 마침내 나와 새의 몸 속으로 흡수되었다. 그리고 그 새의 지저귀는 소리를 별이 빛나는 밤하늘 아래서 내가 듣는 것이다. 초신성이 폭발하여 자신의 몸을 아낌없이 우주로 돌려주지 않았다면 당신과 나 그리고 새는 존재하지 못했을 것이다.우리가 별에 한없는 동경과 사랑을 느끼며 바라보는 것은 어쩌면 우리 DNA 속에 이러한 별에 관한 오랜 기억이 심어져 있기 때문이 아닐까? 초신성에 관한 뒷담화는 대략 이쯤에서 끝나지만, 마지막으로 우리은하에서 조만간 초신성으로 터질 후보 별 몇 개를 소개하기로 한다. 조만간이래야 1백만 년 이내지만, 대표 선수로는 카시오페이아자리의 로, 용골자리의 에타, 오리온자리의 베텔게우스, 그리고 안타레스, 스피카 등이 대기하고 있고, 지구에서 가장 가까운 초신성 후보는 페가수스자리의 IK(HR 8210)로, 약 150 광년 떨어진 거리에 있다. 이 별은 백색왜성과 주계열성이 쌍성계를 이루고 있는데, 태양질량의 1.15배인 이 백색왜성이 Ia형 초신성이 될 만큼 질량을 누적하는 데는 수백만 년이 걸릴 것으로 추측되고 있다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

우주에 떠 있는 진짜 '갤럭시 엣지'(Galaxy Edge)는 이같은 모습이다. 지난 9일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 ‘오늘의 천문사진’(APOD)을 통해 심연의 우주 속에 존재하는 은하의 납작한 옆 모습을 공개했다. 마치 우주를 베어버릴듯 날카롭게 빛나는 이 은하의 이름은 NGC 5866. 용자리 방면으로 무려 5000만 광년 떨어진 곳에 위치한 NGC 5866은 렌즈형 은하(lenticular galaxy)로 분류된다. 일반적으로 은하는 그 모습에 따라 분류되는데 타원형의 모습을 갖춘 타원은하(elliptical galaxy)와 나선팔을 가진 나선은하(spiral galaxy), 그 중간의 모습을 띤 렌즈형 은하(lenticular galaxy)가 있다. 지구가 속한 우리 은하와 안드로메다가 바로 나선은하다.　 렌즈형 모습인 NGC 5866이 이렇게 납작하게 보이는 것은 시선 때문이지만 실제 많은 은하들이 이렇게 얇은 형태를 띈다. NGC 5866이 특별한 것은 거대한 먼지원반에 둘러쌓여 있다는 점으로 젊은 별들은 푸른 빛으로, 늙은 별들은 오렌지 빛으로 보인다. NGC 5866을 우리은하와 비교하면 질량은 거의 비슷하며 빛이 전체를 가로지르는데 6만 년이 걸린다. 우리은하의 길이는 약 10만 광년. 사진=NASA, ESA, Hubble Legacy Archive, Hunter Wilson 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

전문가가 내놓은 끔찍한 시나리오- '스파게티화' ​우주 속의 다양한 천체들 중에서 블랙홀만큼 흥미로운 존재도 없을 것이다. 얼마 전 블랙홀의 충돌로 빚어진 중력파를 역사상 최초로 검출하는 데 성공함으로써 블랙홀은 다시 한번 지구 행성 사람들에게 주목받는 존재가 되었다. ​블랙홀에 관해서 사람들이 공통적으로 가장 궁금하게 여기는 것은 만약 내가 블랙홀 안으로 떨어진다면 어떻게 될까 하는 점이다. 일견 무시무시한 상상이긴 하지만, 이 문제는 변함없이 사람들의 가장 큰 관심사다. ​가장 널리 알려진 이론이 바로 '스파게티화'이다. 블랙홀 가까이 접근하자마자 모든 사물은 스파게티 국수가락처럼 길게 늘어져버린다는 얘기다. 그 이유는 이렇다. 블랙홀의 가공스런 중력이 당신 몸의 각 부분에 작용하면서 그 힘의 차이로 인해 몸이 길게 잡아늘여지기 때문이다. 먼저 당신의 발이 블랙홀로 접근한다고 상상해보자. 그러면 블랙홀의 엄청난 조석력이 머리보다는 발 쪽에 더 강하게 작용할 것이다. 발끝과 머리에 가해지는 중력의 차이는 이윽고 지구의 총중력과 동일하게 된다. 이 상황에서는 마치 두 대의 크레인이 당신의 머리와 발을 잡고 힘껏 끌어당기는 형국이나 비슷하다. ​그보다 더 나쁜 상황은 팔 쪽에서 일어난다. 팔은 신체의 중심이 아니기 때문에 머리가 받는 조석력의 방향과는 약간 다른 바깥 방향으로 잡아늘어진다. 그리하여 결과적으로 몸은 국수가락처럼 길게 늘어날 뿐만 아니라 가운데 부분은 더 심하게 가늘어진다. 인체는 정상적인 힘을 받을 때 부러지지 않는 한 그렇게 많이 늘어나지 않는다. 인간이 생존할 수 있는 최고 가속 기록은 지구 중력의 약 179배이다. 그것도 아주 잠시, 충돌 때의 수치일 뿐이다. 따라서 블랙홀의 조석력은 인간에게 치명적인 것이다. 블랙홀 안으로 떨어진 모든 물체는 블랙홀 중심에 이르기 전에 국수가락처럼 한정없이 늘어지다가 마침내는 낱낱의 원자 단위로 분해되고 말 것이다. 이것이 바로 과학자들이 말하는 블랙홀의 '스파게티화(spaghettification)'라고 불리는 현상이다. 그렇다면, 만약 블랙홀이 지구 턱 밑에 불쑥 나타나 지구가 고스란히 블랙홀에 붙잡혀서 그 안으로 곤두박질친다면 그 다음에는 무슨 일이 벌어질까? 당연한 일이지만, 우리 몸이나 지구가 블랙홀 안으로 떨어진 때는 별로 차별대우를 받지 않는다. 즉각적으로 블랙홀의 강력한 조석력이 덤벼들어 동등한 스파게티화 대접을 받게 된다. 블랙홀 쪽에 가까운 지구 부분은 상대적으로 더욱 강한 조석력을 받아 흙과 암석 스파게티가 될 것이고, 지구 행성 전체는 종말을 맞을 것이다. 물론 사람들도 예외는 아니다. 하지만 초질량 블랙홀이 그 사건 지평선 안으로 우리를 끌어들여 삼키기 직전 잠깐 동안 나타날 그 광경을 우리는 볼 수 없을지도 모른다. 일단 사건 지평선 안으로 들어가면 빛알갱이 하나도 바깥으로는 탈출할 수 없으니까, 어떤 존재도 지구나 인간의 운명을 지켜볼 수조차 없다. 외롭겠지만, 아무도 지켜보는 이 없는 가운데 인간과 지구는 스파게티가 되어 한정없이 블랙홀의 중심, 특이점으로 떨어져내릴 것이다. 그것을 멈출 수 있는 존재는 우주 안 어디에도 없다. 하지만 지구와 인간이 블랙홀 안에서 낱낱이 분해되기까지 걸리는 시간이 겨우 10분의 1초밖에 안된다는 사실이 조금은 위안이 될 수 있을까? 한 가지 희소식이 더 있다. 블랙홀이 반드시 검기만 한 것이 아니란 사실이다. 블랙홀이 주변 물질을 집어삼킬 때 나오는 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체로서 퀘이사라는 것이 있는데, 우리말로는 '준성(準星)'이라고도 하며 지구에서 관측할 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체이다. 퀘이사의 중심에는 태양 질량의 수십억 배나 되는 매우 무거운 블랙홀이 자리잡고 있으며, 그 주위에는 원반이 둘러싸고 있다. 원반의 물질은 회전하면서 블랙홀로 떨어질 때 물질의 중력 에너지가 빛 에너지로 바뀌면서 엄청난 빛이 나온다. 따라서 퀘이사는 아직 블랙홀의 사건 지평선 안으로 떨어지지 않은 것이다. 일단 사건 지평선 안으로 들어간 물질이라면, 심지어 빛조차도 바깥으로 탈출할 수가 없다. 블랙홀은 이렇게 주변의 물질을 닥치는 대로 집어삼켜 몸집을 불려나간다. 지구와 당신이 만약 블랙홀 안으로 떨어진다면 역시 블랙홀의 비만에 일조하는 셈이다. 하지만 블랙홀이라고 무한정 몸집을 불릴 수만은 없다는 사실이 얼마 전에 밝혀졌다. 말하자면 한계체중이 있다는 뜻이다. 천문학자들의 계산서를 보면, 태양 질량의 500억 배까지 질량이 불어난 블랙홀은 더이상 외부 물질들을 끌어들이지 않고 성장을 멈추는 것으로 나와 있다.우리 은하의 총질량은 태양 질량의 ​약 3000억 배로 추산되고 있다. 따라서 블랙홀의 한계 질량은 우리은하 총질량의 6분의 1쯤 되는 셈이다. 최대 블랙홀 6개를 만들면 우리은하의 모든 질량은 허무하게도 몽땅 없어진다는 말이다.​블랙홀이 은하 중심에서 하는 역할은 은하 전체를 회전시키는 일이다. 블랙홀이 없으면 은하가 형성될 수 없다는 점을 생각하면 우리 존재와 블랙홀과의 관계도 참으로 밀접하다고 하겠다. ​블랙홀, 생각보다 그리 먼 존재가 아니다.이광식 통신원 joand999@naver.com

우주의 빅뱅 직후 탄생한 역대 가장 오래된, 가장 멀리 떨어진 은하가 발견됐다. 최근 미국 예일대학 등 국제천문학 공동연구팀은 지구에서 134억 광년 떨어진 곳에 위치한 은하를 발견했다는 연구결과를 발표했다. 미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)이 공동으로 운영하는 허블우주망원경으로 포착된 이 은하의 이름은 'GN-z11'. 큰곰자리 방향에 위치한 GN-z11은 134억 광년 떨어진 곳에 위치해 우주의 빅뱅 이후 4억 년 후의 모습을 우리에게 보여주고 있다. 잘 알려진대로 우주는 138억 년 전 빅뱅(Big Bang)으로 탄생해 지금까지 팽창을 계속하고 있다. 우리는 타임머신을 이용해 과거로 돌아갈 수는 없지만 허블같은 강력한 우주망원경으로 과거를 볼 수 있다. 이는 빛이 지구에 도달하는데 걸린 시간만큼 과거를 보는 것인데 134억 광년이라면 결과적으로 134억 년 전 은하의 모습을 보고있는 셈. 기존 기록은 지난해 캘리포니아 공과대학 연구팀이 발견한 은하 'EGSY8p7'로 132억 년이었으며, 향후 허블의 후임인 제임스 웹 우주 망원경이 발사되면 더욱 오래된 은하가 발견될 수 있다. 우주 태초의 빛을 간직한 GN-z11는 우리은하와 비교하면 25배 정도 작은 규모지만 20배 정도 빠른 속도로 많은 별들을 탄생시켰을 것으로 보인다. 　 연구에 참여한 예일대학 파스칼 오쉬 박사는 "이번 발견은 우주의 태초를 향한 커다란 진전"이라면서 "현재와 비교해 우주의 약 3%가 존재했던 시기를 지켜보고 있는 셈"이라고 의미를 부여했다. 공동연구자인 네덜란드 레이덴 대학 이보 라베 박사도 "GN-z11은 초기 우주에 대한 정보를 우리에게 보여주고 있다"면서 "아마도 블랙홀 주위에서 첫 세대 별이 형성되는 광경을 지켜볼 수 있을 것"이라고 설명했다. 사진=NASA, ESA, and A. Feild (STScI)　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

전문가가 내놓은 끔찍한 시나리오- '스파게티화' ​우주 속의 다양한 천체들 중에서 블랙홀만큼 흥미로운 존재도 없을 것이다. 얼마 전 블랙홀의 충돌로 빚어진 중력파를 역사상 최초로 검출하는 데 성공함으로써 블랙홀은 다시 한번 지구 행성 사람들에게 주목받는 존재가 되었다. ​블랙홀에 관해서 사람들이 공통적으로 가장 궁금하게 여기는 것은 만약 내가 블랙홀 안으로 떨어진다면 어떻게 될까 하는 점이다. 일견 무시무시한 상상이긴 하지만, 이 문제는 변함없이 사람들의 가장 큰 관심사다. ​가장 널리 알려진 이론이 바로 '스파게티화'이다. 블랙홀 가까이 접근하자마자 모든 사물은 스파게티 국수가락처럼 길게 늘어져버린다는 얘기다. 그 이유는 이렇다. 블랙홀의 가공스런 중력이 당신 몸의 각 부분에 작용하면서 그 힘의 차이로 인해 몸이 길게 잡아늘여지기 때문이다. 먼저 당신의 발이 블랙홀로 접근한다고 상상해보자. 그러면 블랙홀의 엄청난 조석력이 머리보다는 발 쪽에 더 강하게 작용할 것이다. 발끝과 머리에 가해지는 중력의 차이는 이윽고 지구의 총중력과 동일하게 된다. 이 상황에서는 마치 두 대의 크레인이 당신의 머리와 발을 잡고 힘껏 끌어당기는 형국이나 비슷하다. ​그보다 더 나쁜 상황은 팔 쪽에서 일어난다. 팔은 신체의 중심이 아니기 때문에 머리가 받는 조석력의 방향과는 약간 다른 바깥 방향으로 잡아늘어진다. 그리하여 결과적으로 몸은 국수가락처럼 길게 늘어날 뿐만 아니라 가운데 부분은 더 심하게 가늘어진다. 인체는 정상적인 힘을 받을 때 부러지지 않는 한 그렇게 많이 늘어나지 않는다. 인간이 생존할 수 있는 최고 가속 기록은 지구 중력의 약 179배이다. 그것도 아주 잠시, 충돌 때의 수치일 뿐이다. 따라서 블랙홀의 조석력은 인간에게 치명적인 것이다. 블랙홀 안으로 떨어진 모든 물체는 블랙홀 중심에 이르기 전에 국수가락처럼 한정없이 늘어지다가 마침내는 낱낱의 원자 단위로 분해되고 말 것이다. 이것이 바로 과학자들이 말하는 블랙홀의 '스파게티화(spaghettification)'라고 불리는 현상이다. 그렇다면, 만약 블랙홀이 지구 턱 밑에 불쑥 나타나 지구가 고스란히 블랙홀에 붙잡혀서 그 안으로 곤두박질친다면 그 다음에는 무슨 일이 벌어질까? 당연한 일이지만, 우리 몸이나 지구가 블랙홀 안으로 떨어진 때는 별로 차별대우를 받지 않는다. 즉각적으로 블랙홀의 강력한 조석력이 덤벼들어 동등한 스파게티화 대접을 받게 된다. 블랙홀 쪽에 가까운 지구 부분은 상대적으로 더욱 강한 조석력을 받아 흙과 암석 스파게티가 될 것이고, 지구 행성 전체는 종말을 맞을 것이다. 물론 사람들도 예외는 아니다. 하지만 초질량 블랙홀이 그 사건 지평선 안으로 우리를 끌어들여 삼키기 직전 잠깐 동안 나타날 그 광경을 우리는 볼 수 없을지도 모른다. 일단 사건 지평선 안으로 들어가면 빛알갱이 하나도 바깥으로는 탈출할 수 없으니까, 어떤 존재도 지구나 인간의 운명을 지켜볼 수조차 없다. 외롭겠지만, 아무도 지켜보는 이 없는 가운데 인간과 지구는 스파게티가 되어 한정없이 블랙홀의 중심, 특이점으로 떨어져내릴 것이다. 그것을 멈출 수 있는 존재는 우주 안 어디에도 없다. 하지만 지구와 인간이 블랙홀 안에서 낱낱이 분해되기까지 걸리는 시간이 겨우 10분의 1초밖에 안된다는 사실이 조금은 위안이 될 수 있을까? 한 가지 희소식이 더 있다. 블랙홀이 반드시 검기만 한 것이 아니란 사실이다. 블랙홀이 주변 물질을 집어삼킬 때 나오는 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체로서 퀘이사라는 것이 있는데, 우리말로는 '준성(準星)'이라고도 하며 지구에서 관측할 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체이다. 퀘이사의 중심에는 태양 질량의 수십억 배나 되는 매우 무거운 블랙홀이 자리잡고 있으며, 그 주위에는 원반이 둘러싸고 있다. 원반의 물질은 회전하면서 블랙홀로 떨어질 때 물질의 중력 에너지가 빛 에너지로 바뀌면서 엄청난 빛이 나온다. 따라서 퀘이사는 아직 블랙홀의 사건 지평선 안으로 떨어지지 않은 것이다. 일단 사건 지평선 안으로 들어간 물질이라면, 심지어 빛조차도 바깥으로 탈출할 수가 없다. 블랙홀은 이렇게 주변의 물질을 닥치는 대로 집어삼켜 몸집을 불려나간다. 지구와 당신이 만약 블랙홀 안으로 떨어진다면 역시 블랙홀의 비만에 일조하는 셈이다. 하지만 블랙홀이라고 무한정 몸집을 불릴 수만은 없다는 사실이 얼마 전에 밝혀졌다. 말하자면 한계체중이 있다는 뜻이다. 천문학자들의 계산서를 보면, 태양 질량의 500억 배까지 질량이 불어난 블랙홀은 더이상 외부 물질들을 끌어들이지 않고 성장을 멈추는 것으로 나와 있다.우리 은하의 총질량은 태양 질량의 ​약 3000억 배로 추산되고 있다. 따라서 블랙홀의 한계 질량은 우리은하 총질량의 6분의 1쯤 되는 셈이다. 최대 블랙홀 6개를 만들면 우리은하의 모든 질량은 허무하게도 몽땅 없어진다는 말이다.​블랙홀이 은하 중심에서 하는 역할은 은하 전체를 회전시키는 일이다. 블랙홀이 없으면 은하가 형성될 수 없다는 점을 생각하면 우리 존재와 블랙홀과의 관계도 참으로 밀접하다고 하겠다. ​블랙홀, 생각보다 그리 먼 존재가 아니다.이광식 통신원 joand999@naver.com

지난 2월 11일 최초로 중력파 검출에 성공했다는 뉴스는 지구촌 사람들을 환호하게 했다. 알베르트 아인슈타인이 일반상대성 이론에서 시공간의 주름인 중력파가 있을 거라고 예언한 지 꼭 100년 만에 중력파를 발견하게 된 이 희한한 우연을 우리는 어떻게 생각해야 할까? 왜 그처럼 환호했던 것일까? 그리고 이 난해한 파동을 발견한 LIGO는 이제 무슨 일을 하게 되는 걸까?​ 이번에 검출된 중력파는 두 개의 블랙홀이 서로의 둘레를 돌다가 마침내 충돌, 합병했을 때 발생된 것이다. 이 중력파를 잡은 것은 미국 워싱턴주와 루이지애나주에 설치된 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)로서, 지난해 9월 14일이었다. ​무엇보다 먼저 놀라운 것은 블랙홀 충돌이라는 사건이었다. 사실 과학자들은 블랙홀이 충돌하여 더 큰 블랙홀을 만들어낼 것인가에 대해서도 확신을 하지 못하던 터였다. 그런데 이제 그 물증을 확보하게 된 셈이다. 그리고 100년 전 아인슈타인이 예언했던 중력파 존재를 레이저 간섭계로 최초로 확인했다는 기쁨이 무엇보다 큰 것이다. 중력파 발견, 어떤 의미가 있는가?중력파 검출이 인류에게 있어 어떤 의미를 갖는 걸일까? 한마디로, 기념비적인 의미를 갖는다고 할 수 있다. 왜냐면, 인류가 우주를 들여다보는 전혀 다른 창을 마련한 셈이라고 과학자들은 말한다. 거대 질량의 천체들이 우주공간에서 가속 또는 감속될 때 발생시키는 중력파를 직접적으로 검출할 수 있는 능력은 귀머거리가 갑자기 소리를 들을 수 있게 된 것에 비유할 수 있다. 전혀 새로운 정보 영역이 인간의 지각 범위 안으로 편입된 것이다. "그것은 마치 갈릴레오가 처음 망원경으로 우주를 들여다본 것과 같다"고 LIGO 연구원 바실리키(비키) 칼로게라 노스웨스트 대학 천체물리학과 교수가 스페이스닷컴에 밝혔다. "우리는 말하자면 우주로부터 오는 정보를 보고 듣는 새로운 눈과 귀를 얻게 된 것입니다. 이전에는 이런 기술이 전혀 개발되지 않았죠." LIGO 책임 연구원인 데이비드 라이체 캘리포니아 공대(칼텍) 교수는 워싱턴 D.C.에서 열린 기자회견에서 "우리는 지금까지 중력파에 관한 한 귀머거리였다"면서 "앞으로의 과제는 더 많은 중력파를 잡아 우리가 기대했던 결과를 얻어내는 것이며 이전에는 결코 알 수 없었던 사실들을 알 수 있게 될 것"이라고 기대감을 나타냈다. 중력파를 검출할 수 있게 됨으로써 인류는 우주를 인식할 수 있는 또 다른 감각기관을 갖추게 된 것이다. LIGO는 블랙홀들의 충돌이나 초신성 폭발 같은 격렬한 우주적 사건에서 발생하는 중력파를 검출할 수 있는 대단히 민감한 장비이다. 중력파 관측소는 이러한 천체나 사건들이 일어나는 장소를 광학 망원경보다 먼저 파악할 수 있으며, 어떤 경우에는 그 같은 우주적 사건을 발견하고 연구할 수 있는 유일한 방법이 바로 중력파 관측이라 할 수 있다. 예컨대 이번에 발견된 블랙홀 충돌은 가시광선으로는 결코 발견할 수 없는 사건이다. 왜냐하면 블랙홀이란 이름 그대로 빛을 내지 않는 물체이기 때문이다. 이럴 경우에는 오로지 중력파로만 그 존재나 사건을 확일할 수 있을 뿐이다. 그러나 광학 망원경으로 볼 수 있는 블랙홀들이 더러는 있다. 블랙홀이 주변의 무섭게 빨아들이는 물질이 복사를 내는 경우가 있기 때문이다. 하지만 과학자들은 아직까지 복사를 내면서 합병하는 블랙홀을 관측한 사례는 없다. 이번에 LIGO가 발견한 블랙홀들은 각각 태양질량의 29배, 36배였다. 라이체 박사는 앞으로도 LIGO의 민감도 개선작업은 계속 이루어질 것이라고 밝히면서 더 먼 거리에 있는 태양질량의 100배, 200배, 또는 500배 이상의 블랙홀들도 포착할 수 있을 거라고 전망했다. "이제 우리는 우주의 창을 활짝 열어젖힌 셈이며, 멋진 발견들이 이루어질 것이다." 우주를 들여보는 새로운 창​ 각기 다른 빛의 파장을 이용한 관측 연구는 우주의 새로운 정보를 알려줄 것이라는 사실을 과학자들은 일찍부터 알고 있었다. 지난 몇 세기 동안 천문학자들은 오로지 가시광선으로 보는 광학 망원경에 의존해 우주를 들여다볼 수밖에 없었다. 비교적 최근에 이르러서야 연구자들은 X-선과 라디오파, 자외선과 감마선 등을 이용한 연구를 시작했을 따름이다. 과학자들은 이렇게 우주를 들여다보는 창들을 차례대로 확장해온 것이다. 중력파의 발견은 이처럼 확장 일로를 걸어온 우주의 창에 전혀 새로운 신기원을 연 셈이다. "만약 우리은하나 이웃 은하 안에서 초신성이 터지는 행운을 잡을 수 있다면 초신성 내부에서 어떤 다이내믹한 일들이 일어나고 있는가를 손바닥 들여다보듯이 볼 수 있을 것"이라고 LIGO의 공동 설립자인 MIT의 라이너 바이스 박사가 말했다. 빛은 성간 먼지나 가스에 의해 차단되는 수가 있지만, 중력파는 그 무엇으로도 차단할 수 없는 것이기 때문이다. ​과학자들이 이 중력파로 가장 연구하고 싶어하는 대상 중 하나는 상상을 초월할 정도로 밀도가 높은 중성자별이다. 다 타고 남은 별의 시체라 할 수 있는 이 중성자별은 별 전체를 하나의 거대한 원자핵으로 볼 수 있는 초고밀도의 존재로, 차숟갈 하나만큼의 질량이 무려 천만 톤이나 된다. 이 같은 극한의 환경 속에서 일반 물질이 어떻게 될 것인지, 과학자들은 거의 아는 것이 없다. 그러나 중력파는 중성자별의 정보를 아무런 왜곡 없이 알려줄 것으로 과학자들은 기대하고 있다. 중력파 발견이 우리 생활에 미치는 영향 중력파의 존재는 딱 100년 전인 1916년에 출판된 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 최초로 예언되었다. 이 유명한 이론은 그후 모든 종류의 과학적 검증을 통과했다. 그러나 중력파 가설만은 미확인의 영역에 계속 남아 있었다. 극한 상황에서 발생하는 이 중력파를 현실세계에서는 검증해볼 방법이 없었기 때문이다. 엄청난 질량의 천체들이 충돌하거나 폭발하는 경우에서만 시공간의 주름인 중력파가 발생할 거라고 아인슈타인이 예언했던 것이다. "지금까지 우리는 아주 고요한 상태의 주름진 시공간만을 보아왔다. 그것은 마치 바람 없는 날 잔잔한 바다를 보는 것과 같은 상황이다." 영화 '인터스텔라'의 자문을 맡은 물리학자이자 주름진 시공간 전문가인 칼텍의 킵 손이 설명한다. "하지만 태풍이 불면 바다는 집채만한 파도를 만듭니다. 이번에 중력파를 검출한 것은 블랙홀 충돌이라는 우주의 태풍이 시공간에서 일으킨 파도를 본 것이나 같습니다. 이 중력파 검출은 아인슈타인의 중력이론을 멋지고 강력하게 입증해주었습니다. 아인슈타인은 옳았던 것이죠." ​그러나 이번 중력파 발견으로 일반상대성 이론에 대한 연구가 완결되었다고 보기는 어렵다. 여전히 질문은 남아 있다. 광자가 전자기파의 에너지를 전하는 것처럼 중력을 매개한다고 알려진 중력자의 존재는 여전히 발견되지 못하고 있다. 그래서 과학자들은 블랙홀 내부를 주시하고 있다. 그 안에서 일어나는 어떤 사건들이 이러한 의문에 답을 줄 수 있지 않을까 기대하고 있는 것이다. 그러나 LIGO와 그 연계된 장비들이 앞으로 더 많은 데이터들을 수집할 때 이러한 연구도 진척될 것으로 보이는만큼 오랜 시간이 걸리는 작업이 될 것이다. 중력파 발견이 과학계를 넘어 우리의 일상생활에 어떤 영향을 미치게 될까? 이에 대해서는 예단하기 어렵다. 100년 전 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 확립하고, 중력이 시간에 미치는 영향을 얘기했을 때, 그것이 우리 생활에 어떤 영향을 미칠 것인가에 대해 진정으로 이해한 사람은 아무도 없었다. 그러나 그의 중력이론은 오늘날 우리에게 필수품이 되다시피한 내비게이션에 적용되고 있다. 내비게이션으로 어떤 곳의 위치를 알기 위해서는 GPS 인공위성의 시계와 지구에 있는 시계가 정확히 일치해야 한다. 특수상대성 이론에 의하면, 빠르게 움직이는 물체에게 시간은 느리게 가며, 일반상대성 이론에 의해 중력이 강한 곳에서도 시간은 느리게 간다. 위성은 지표면 위 2만km 높이에서 시속 1만 4000km 속도로 지구 주위를 돈다. 계산에 의하면 위성에서는 속도에 의해 매일 7ms(밀리초, 1ms=1,000분의 1초)씩 시간이 느려지는 반면, 약한 중력에 의해 45ms 더 빨라진다. 따라서 특수상대성 이론과 일반상대성 이론의 두 가지 효과를 같이 고려하면, 결국 위성의 원자시계는 지표면보다 38ms 빨리 가게 된다. 즉 한 달에 약 1초 이상의 오차가 생긴다. 이것을 시속 100km 속도로 움직이는 자동차에 비유한다면 원래 위치에서 약 30m 거리를 벗어나게 된다. 이 시간차를 보정해주지 않으면 내비게이션은 무용지물이 된다. 아인슈타인의 상대성 이론이 당신과 얼마나 밀접한 관련을 맺고 있는가는 이로써 알 수 있을 것이다. 물리학자 킵 손은 중력파 발견의 의미를 다음과 같이 조심스레 평가한다. "우리가 르네상스 시대를 회상하며, 그 시대 사람들이 우리에게 어떤 귀중한 것을 남겨주었나 자문해본다면, 그것은 위대한 미술과 건축, 그리고 음악이었다고 말할 수 있을 것입니다. 이와 같이 우리의 후손이 우리 시대를 회상하며 위대한 유산이 무엇인가 생각할 때, 우주의 근본 법칙과 그 법칙이 작동하는 방법, 그리고 우주에 대한 끝없는 탐구정신이라고 평가할 것이라고 믿습니다." "중력파 발견과 LIGO의 업적은 어떤 과학적 발견에 뒤지지 않는 문화적 선물입니다. 미래 세대에 남기는 우리의 유산에 대해 우리는 자부심을 느껴도 좋을 것입니다." 이광식 통신원 joand999@naver.com

지난 2월 11일 최초로 중력파 검출에 성공했다는 뉴스는 지구촌 사람들을 환호하게 했다. 알베르트 아인슈타인이 일반상대성 이론에서 시공간의 주름인 중력파가 있을 거라고 예언한 지 꼭 100년 만에 중력파를 발견하게 된 이 희한한 우연을 우리는 어떻게 생각해야 할까? ​어떤 과학적 발견도 이번처럼 떠들썩한 환호를 받은 적이 없었다. 대체 사람들은 왜 그처럼 환호했던 것일까? 그리고 이 난해한 파동을 발견한 LIGO는 이제 무슨 일을 하게 되는 걸까?​ 이번에 검출된 중력파는 두 개의 블랙홀이 서로의 둘레를 돌다가 마침내 충돌, 합병했을 때 발생된 것이다. 이 중력파를 잡은 것은 미국 워싱턴주와 루이지애나주에 설치된 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)로서, 지난해 9월 14일이었다. ​무엇보다 먼저 놀라운 것은 블랙홀 충돌이라는 사건이었다. 사실 과학자들은 블랙홀이 충돌하여 더 큰 블랙홀을 만들어낼 것인가에 대해서도 확신을 하지 못하던 터였다. 그런데 이제 그 물증을 확보하게 된 셈이다. 그리고 100년 전 아인슈타인이 예언했던 중력파 존재를 레이저 간섭계로 최초로 확인했다는 기쁨이 무엇보다 큰 것이다. 중력파 발견, 어떤 의미가 있는가?중력파 검출이 인류에게 있어 어떤 의미를 갖는 걸일까? 한마디로, 기념비적인 의미를 갖는다고 할 수 있다. 왜냐면, 인류가 우주를 들여다보는 전혀 다른 창을 마련한 셈이라고 과학자들은 말한다. 거대 질량의 천체들이 우주공간에서 가속 또는 감속될 때 발생시키는 중력파를 직접적으로 검출할 수 있는 능력은 귀머거리가 갑자기 소리를 들을 수 있게 된 것에 비유할 수 있다. 전혀 새로운 정보 영역이 인간의 지각 범위 안으로 편입된 것이다. "그것은 마치 갈릴레오가 처음 망원경으로 우주를 들여다본 것과 같다"고 LIGO 연구원 바실리키(비키) 칼로게라 노스웨스트 대학 천체물리학과 교수가 스페이스닷컴에 밝혔다. "우리는 말하자면 우주로부터 오는 정보를 보고 듣는 새로운 눈과 귀를 얻게 된 것입니다. 이전에는 이런 기술이 전혀 개발되지 않았죠." LIGO 책임 연구원인 데이비드 라이체 캘리포니아 공대(칼텍) 교수는 워싱턴 D.C.에서 열린 기자회견에서 "우리는 지금까지 중력파에 관한 한 귀머거리였다"면서 "앞으로의 과제는 더 많은 중력파를 잡아 우리가 기대했던 결과를 얻어내는 것이며 이전에는 결코 알 수 없었던 사실들을 알 수 있게 될 것"이라고 기대감을 나타냈다. 중력파를 검출할 수 있게 됨으로써 인류는 우주를 인식할 수 있는 또 다른 감각기관을 갖추게 된 것이다. LIGO는 블랙홀들의 충돌이나 초신성 폭발 같은 격렬한 우주적 사건에서 발생하는 중력파를 검출할 수 있는 대단히 민감한 장비이다. 중력파 관측소는 이러한 천체나 사건들이 일어나는 장소를 광학 망원경보다 먼저 파악할 수 있으며, 어떤 경우에는 그 같은 우주적 사건을 발견하고 연구할 수 있는 유일한 방법이 바로 중력파 관측이라 할 수 있다. 예컨대 이번에 발견된 블랙홀 충돌은 가시광선으로는 결코 발견할 수 없는 사건이다. 왜냐하면 블랙홀이란 이름 그대로 빛을 내지 않는 물체이기 때문이다. 이럴 경우에는 오로지 중력파로만 그 존재나 사건을 확일할 수 있을 뿐이다. 그러나 광학 망원경으로 볼 수 있는 블랙홀들이 더러는 있다. 블랙홀이 주변의 무섭게 빨아들이는 물질이 복사를 내는 경우가 있기 때문이다. 하지만 과학자들은 아직까지 복사를 내면서 합병하는 블랙홀을 관측한 사례는 없다. 이번에 LIGO가 발견한 블랙홀들은 각각 태양질량의 29배, 36배였다. 라이체 박사는 앞으로도 LIGO의 민감도 개선작업은 계속 이루어질 것이라고 밝히면서 더 먼 거리에 있는 태양질량의 100배, 200배, 또는 500배 이상의 블랙홀들도 포착할 수 있을 거라고 전망했다. "이제 우리는 우주의 창을 활짝 열어젖힌 셈이며, 멋진 발견들이 이루어질 것이다." 우주를 들여보는 새로운 창​ 각기 다른 빛의 파장을 이용한 관측 연구는 우주의 새로운 정보를 알려줄 것이라는 사실을 과학자들은 일찍부터 알고 있었다. 지난 몇 세기 동안 천문학자들은 오로지 가시광선으로 보는 광학 망원경에 의존해 우주를 들여다볼 수밖에 없었다. 비교적 최근에 이르러서야 연구자들은 X-선과 라디오파, 자외선과 감마선 등을 이용한 연구를 시작했을 따름이다. 과학자들은 이렇게 우주를 들여다보는 창들을 차례대로 확장해온 것이다. 중력파의 발견은 이처럼 확장 일로를 걸어온 우주의 창에 전혀 새로운 신기원을 연 셈이다. "만약 우리은하나 이웃 은하 안에서 초신성이 터지는 행운을 잡을 수 있다면 초신성 내부에서 어떤 다이내믹한 일들이 일어나고 있는가를 손바닥 들여다보듯이 볼 수 있을 것"이라고 LIGO의 공동 설립자인 MIT의 라이너 바이스 박사가 말했다. 빛은 성간 먼지나 가스에 의해 차단되는 수가 있지만, 중력파는 그 무엇으로도 차단할 수 없는 것이기 때문이다. ​과학자들이 이 중력파로 가장 연구하고 싶어하는 대상 중 하나는 상상을 초월할 정도로 밀도가 높은 중성자별이다. 다 타고 남은 별의 시체라 할 수 있는 이 중성자별은 별 전체를 하나의 거대한 원자핵으로 볼 수 있는 초고밀도의 존재로, 차숟갈 하나만큼의 질량이 무려 천만 톤이나 된다. 이 같은 극한의 환경 속에서 일반 물질이 어떻게 될 것인지, 과학자들은 거의 아는 것이 없다. 그러나 중력파는 중성자별의 정보를 아무런 왜곡 없이 알려줄 것으로 과학자들은 기대하고 있다. ​ 중력파 발견이 우리 생활에 미치는 영향 중력파의 존재는 딱 100년 전인 1916년에 출판된 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 최초로 예언되었다. 이 유명한 이론은 그후 모든 종류의 과학적 검증을 통과했다. 그러나 중력파 가설만은 미확인의 영역에 계속 남아 있었다. 극한 상황에서 발생하는 이 중력파를 현실세계에서는 검증해볼 방법이 없었기 때문이다. 엄청난 질량의 천체들이 충돌하거나 폭발하는 경우에서만 시공간의 주름인 중력파가 발생할 거라고 아인슈타인이 예언했던 것이다. "지금까지 우리는 아주 고요한 상태의 주름진 시공간만을 보아왔다. 그것은 마치 바람 없는 날 잔잔한 바다를 보는 것과 같은 상황이다." 영화 '인터스텔라'의 자문을 맡은 물리학자이자 주름진 시공간 전문가인 칼텍의 킵 손이 설명한다. "하지만 태풍이 불면 바다는 집채만한 파도를 만듭니다. 이번에 중력파를 검출한 것은 블랙홀 충돌이라는 우주의 태풍이 시공간에서 일으킨 파도를 본 것이나 같습니다. 이 중력파 검출은 아인슈타인의 중력이론을 멋지고 강력하게 입증해주었습니다. 아인슈타인은 옳았던 것이죠." ​그러나 이번 중력파 발견으로 일반상대성 이론에 대한 연구가 완결되었다고 보기는 어렵다. 여전히 질문은 남아 있다. 광자가 전자기파의 에너지를 전하는 것처럼 중력을 매개한다고 알려진 중력자의 존재는 여전히 발견되지 못하고 있다. 그래서 과학자들은 블랙홀 내부를 주시하고 있다. 그 안에서 일어나는 어떤 사건들이 이러한 의문에 답을 줄 수 있지 않을까 기대하고 있는 것이다. 그러나 LIGO와 그 연계된 장비들이 앞으로 더 많은 데이터들을 수집할 때 이러한 연구도 진척될 것으로 보이는만큼 오랜 시간이 걸리는 작업이 될 것이다. 중력파 발견이 과학계를 넘어 우리의 일상생활에 어떤 영향을 미치게 될까? 이에 대해서는 예단하기 어렵다. 100년 전 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 확립하고, 중력이 시간에 미치는 영향을 얘기했을 때, 그것이 우리 생활에 어떤 영향을 미칠 것인가에 대해 진정으로 이해한 사람은 아무도 없었다. 그러나 그의 중력이론은 오늘날 우리에게 필수품이 되다시피한 내비게이션에 적용되고 있다. 내비게이션으로 어떤 곳의 위치를 알기 위해서는 GPS 인공위성의 시계와 지구에 있는 시계가 정확히 일치해야 한다. 특수상대성 이론에 의하면, 빠르게 움직이는 물체에게 시간은 느리게 가며, 일반상대성 이론에 의해 중력이 강한 곳에서도 시간은 느리게 간다. 위성은 지표면 위 2만km 높이에서 시속 1만 4000km 속도로 지구 주위를 돈다. 계산에 의하면 위성에서는 속도에 의해 매일 7ms(밀리초, 1ms=1,000분의 1초)씩 시간이 느려지는 반면, 약한 중력에 의해 45ms 더 빨라진다. 따라서 특수상대성 이론과 일반상대성 이론의 두 가지 효과를 같이 고려하면, 결국 위성의 원자시계는 지표면보다 38ms 빨리 가게 된다. 즉 한 달에 약 1초 이상의 오차가 생긴다. 이것을 시속 100km 속도로 움직이는 자동차에 비유한다면 원래 위치에서 약 30m 거리를 벗어나게 된다. 이 시간차를 보정해주지 않으면 내비게이션은 무용지물이 된다. 아인슈타인의 상대성 이론이 당신과 얼마나 밀접한 관련을 맺고 있는가는 이로써 알 수 있을 것이다. 물리학자 킵 손은 중력파 발견의 의미를 다음과 같이 조심스레 평가한다. "우리가 르네상스 시대를 회상하며, 그 시대 사람들이 우리에게 어떤 귀중한 것을 남겨주었나 자문해본다면, 그것은 위대한 미술과 건축, 그리고 음악이었다고 말할 수 있을 것입니다. 이와 같이 우리의 후손이 우리 시대를 회상하며 위대한 유산이 무엇인가 생각할 때, 우주의 근본 법칙과 그 법칙이 작동하는 방법, 그리고 우주에 대한 끝없는 탐구정신이라고 평가할 것이라고 믿습니다." "중력파 발견과 LIGO의 업적은 어떤 과학적 발견에 뒤지지 않는 문화적 선물입니다. 미래 세대에 남기는 우리의 유산에 대해 우리는 자부심을 느껴도 좋을 것입니다." 이광식 통신원 joand999@naver.com

883개 중 1/3은 최초로 관측한 은하 은하수 뒤쪽에 있는 수백 개의 은하들이 호주의 고감도 전파망원경으로 최초로 발견되어 화제가 되고 있다고 영국 일간지 데일리메일이 9일(현지시간) 보도했다. 은하수에 가려져 이제껏 볼 수 없었던 이들 은하는 모두 883개에 달하는데, 이중 3분의 1은 과학자들에게 최초로 모습을 드러낸 것들이다. 이 은하들의 집단은 우리은하를 포함한 수천 개의 은하들을 엄청난 인력으로 끌어당기고 있는 거대인력체(great attractor) 현상을 연구하는 데 중요한 자료로 사용할 수 있게 되었다. 거대인력체란 남쪽 하늘의 센타우루스자리와 바다뱀자리 사이의 센타우루스 초은하단 근처에 있는 것으로 추측되는 강한 인력을 가진 천체이다. 우리은하에서 2~3억 광년 떨어진 거리에 있는 이 천체는 주변의 은하들을 초속 1000km의 속도로 끌어당기고 있으며, 질량은 5×10^16제곱 태양질량으로 추정된다. 이들 은하는 호주 뉴사우스웰스의 파크스 전파망원경에 장착된 21cm 멀티빔 수신기에 의해 처음으로 그 실체를 드러냈다. 이 전파망원경은 우리은하를 가득 채우고 있는 별들과 성간 먼지를 꿰뚫고 뒤쪽의 숨겨진 영역을 들여다볼 수 있게 해주었다. 천문학에서는 이 영역을 회피대(回避帶)라 부르고 있다. 이번에 발표된 연구의 대표 저자인 스타벨리-스미스 웨스트오스드레일리아 대학 교수는 "은하수는 참으로 아름다운 대상으로 우리은하를 연구하는 데 아주 흥미로운 자료입니다. 하지만 우리 시야를 가로막아 뒤쪽의 은하들을 가리는 존재이기도 하죠."라고 밝혔다. 그는 또 이번의 발견으로 태양질량의 16제곱 배가 넘는 엄청난 인력을 가진 것으로 보이는 거대인력체를 규명하는 데 한 발짝 더 다가선 것으로 보인다고 평가했다. "우리은하에 작용하고 있는 이 거대인력체의 정체가 무엇인지, 그리고 그것이 어디에서 오는 건지 사실 잘 모르고 있습니다." 스타벨리-스미스 교수는 "아마도 은하단이나 초은하단이 있어 우리은하를 시속 200만km로 끌어당기고 있는 것으로 보인다"고 덧붙였다. 과학자들은 1970년대와 80년대에 처음으로 발견된 이 거대인력체의 미스터리를 풀기 위해 지금까지 부단히 노력해왔다. 이 같은 현상은 우주 팽창에 정면으로 거스리는 것이기 때문이다. 전파망원경의 힘으로 우리은하 뒤쪽의 거대 은하 무리를 발견함으로써 미스터리에 싸인 거대인력체의 정체를 밝혀낼 수 있을 것인지 천문학계의 관심이 집중되고 있다. 이번 연구결과는 '아스트로노미컬 저널'에 발표되었다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

블랙홀은 우주에서 가장 기이하고도 환상적인 천체라 할 수 있다. 물질밀도가 극도로 높은 나머지 빛마저도 빠져나갈 수 없는 엄청난 중력을 가진 존재다. ​ 이 괴이쩍은 존재를 최초로 예언한 사람은 1783년, 영국의 과학자 존 미첼이었다. 그는 뉴턴 역학을 기반으로, 충분히 무거운 별의 경우 탈출 속도가 광속보다 더 커, 빛마저도 탈출할 수 없을 것이라고 추측했다. 13년 뒤 피에르시몽 라플라스도 비슷한 제안을 한 데 이어, 그로부터 1세기를 훌쩍 뛰어넘어 1916년, 아인슈타인이 일반상대성 이론에서 블랙홀을 이론적으로 선보였다. ​일반 상대성 이론은 중력을 구부려진 시공간으로 간주하며, 질량을 가진 천체는 주변 시공간을 휘게 만든다는 이론이다. 사실 이전에는 ‘블랙홀’이란 이름조차 없었다. 그 대신 ‘얼어붙은 별’, ‘붕괴한 별’ 등의 이상한 이름으로 불려왔다. '블랙홀'이란 용어를 최초로 쓴 사람은 미국 물리학자 존 휠러로, 1967년에야 처음으로 일반에 소개되었으며, 블랙홀의 실체가 발견된 것은 1971년이었다. 그 존재가 예측된 지 거의 60년이 지나서야 이름을 얻고 실체가 발견되었으니, 그 또한 심상한 일은 아니다. 블랙홀에도 종류가 있다 그런데 이 블랙홀에도 종류가 있다는 사실을 일반 사람들은 잘 모르고 있는 듯하다. 블랙홀이라고 다 같은 것은 아니고, 세 가지 유형이 있는데, 곧 항성 블랙홀과 초대질량 블랙홀 그리고 중간질량 블랙홀이 그것들이다. ♦항성 블랙홀— 작지만 강하다 항성이 생애의 마지막에 이르러 남은 연료를 다 태우고 나면 중력붕괴를 일으킨다. 내부에서 더이상 에너지가 생성되지 않기 때문에 천체 자체의 압력을 감당하지 못해 내부로 무너지는 것이다. 이때 태양 질량의 약 3배가 못되는 별은 중성자별이 되거나 백색왜성이 된다. 하지만 그보다 덩치가 큰 별들은 중력붕괴가 극도로 진행되어 항성 블랙홀을 만든다. 개별적인 별이 중력붕괴를 일으켜 만들어지는 블랙홀은 대체로 작지만 물질밀도는 놀라울 정도로 높다. 태양질량의 3배 정도 되는 별이 한 도시 크기 로 압축된다. 이 천체의 중력은 끔찍할 정도로 강해서 주위의 모든 가스와 먼지들을 끌어당겨 삼킴으로써 덩치를 키워간다. 하버드-스미소니언 천체물리학 센터에 따르면, 우리은하에 이러한 항성 블랙홀이 수억 개 정도는 된다고 한다. ♦거대질량 블랙홀— 어떤 가설이 맞을까?작은 블랙홀들은 은하의 곳곳에 존재하지만, 거대질량 블랙홀은 은하 중심부에 자리잡고 그 은하를 중력적으로 지배한다. 그 덩치는 놀랍게도 태양 질량의 수백만 배 또는 수십억 배에 달하기도 한다. 그러나 지름의 크기는 우리 태양과 비슷하다. 어마어마한 물질 밀도를 가지고 있다는 뜻이다. 이러한 블랙홀이 거의 모든 은하의 중심부에 있는 것으로 보이며, 우리 은하의 중심부에도 똬리를 틀고 있다. 이런 거대질량의 블랙홀이 어떻게 생성되었는가에 대해서 과학자들은 아직까지 정확한 답안을 작성하지 못하고 있다. 어쨌든 이런 블랙홀이 은하 중심에 자리잡고 나면 주변에 풍부한 물질들을 닥치는 대로 탐식하고, 그 결과 엄청난 질량의 블랙홀로 성장한다는 정도만 알려져 있다. 과학자들은 이 같은 거대질량 블랙홀이 무수히 많은 작은 불랙홀들의 합병 결과물이 아닐까 하고 생각하고 있다. 또는 거대한 가스 구름이 급격한 중력붕괴를 일으켜 이런 블랙홀로 발전한 것일 수도 있다고 본다. 세번째 가능성은 성단을 이루던 별들이 한 점으로 대함몰을 일으켜 블랙홀이 되었다는 가설이다. 나라면 어떤 가설에 손을 들어줄까 생각해보는 것도 재미있는 일이다. ♦중간질량 블랙홀— 블랙홀도 中庸의 미덕이?원래 과학자들은 블랙홀이 아주 작은 것과 엄청 큰 것, 두 종류만 있다고 생각해왔다. 그런데 최근 블랙홀에도 미디엄 사이즈(IMBHs)가 있다는 사실이 발견되었다. 이런 블랙홀은 성단 안에서 별들이 연쇄충돌을 일으킨 결과 태어나는 것으로 알려졌다. 이런 블랙홀들이 같은 지역에서 여럿 만들어지면 결국에는 합병과정을 밟게 되는데, 은하 중심의 거대질량 블랙홀은 이 같은 경로를 거쳐 생성된 것으로 보고 있다. 2014년에 마침내 천문학자들은 한 나선은하의 팔에서 중간질량 블랙홀이 탄생하는 것을 발견했다. 그들의 존재는 알고 있었지만 오랫동안 물증을 찾지 못했던 천문학자들이 애타게 기다리던 발견이었다. 블랙홀 존재 — 어떻게 알 수 있나?블랙홀은 엄청난 질량을 갖고 있지만 덩치는 아주 작다. 그만큼 물질밀도가 극도로 높다는 뜻이다. 따라서 중력이 극강이어서 어떤 것도 블랙홀을 탈출할 수가 없다. ​ 지구 탈출속도는 초속 11.2km이며, 빛의 초속은 30만km다. 블랙홀의 중력이 너무나 강해 탈출속도가 30만km를 넘기 때문에 빛도 여기서 탈출할 수가 없는 것이다. 따라서 우리는 블랙홀을 볼 수가 없다. 그런데 과학자들은 블랙홀의 존재를 확인할 수가 있다. 어떻게? 블랙홀이 주변의 가스와 먼지를 강력히 빨아들일 때 방출하는 X-선 복사로 그 존재를 알 수 있는 것이다. 우리 은하 중심부에 있는 거대질량 블랙홀은 두터운 먼지와 가스로 뒤덮여 있어 X-선 방출을 막고 있다. 물질이 블랙홀로 빨려들어갈 때 블랙홀의 사건지평선 입구에서 안으로 들어가지 않고 스쳐지나가는 경우도 더러 있다. 블랙홀이 직접 보이지는 않지만, 물질이 함입될 때 발생하는 강력한 제트 분출은 아주 먼 거리에서도 볼 있다. 블랙홀은 특이점과 안팎의 사건 지평선으로 구성된다. 특이점이란 블랙홀 중심에 중력의 고유 세기가 무한대로 발산하는 시공간의 영역으로, 여기서는 물리법칙이 성립되지 않는다. 즉, 사건의 인과적 관계가 보장되지 않는다는 뜻이다. 이 특이점을 둘러싸고 있는 것이 안팎의 사건 지평선으로, 바깥 사건지평선은 물질이 탈출이 가능한 경계이지만, 안쪽의 사건 지평선은 어떤 물질이라도 탈출이 불가능한 경계다. 기존의 고전 역학에서 볼 때 빛까지도 이 중력장에서 벗어날 수가 없다는 결론을 내렸지만, 양자역학으로 오면 사정이 좀 달라진다. 블랙홀도 무언가를 조금씩 내놓을 수 있다는 것이다. '블랙홀이 완전히 검지는 않다'​ 1970년대 영국의 물리학자 스티븐 호킹은 블랙홀이 양자 요동(quantum fluctuation)으로 인해 무언가를 내놓는다는 것을 보여주는 이론을 완성했다. 양자론에 따르면, 아무것도 없는 진공에서 난데없이 입자와 반입자(antiparticle)로 이루어진 가상 입자 한 쌍이 나타날 수 있으며, 이 한 쌍은 매우 짧은 시간 존재하다가 쌍소멸된다. 대부분의 상황에서 이들 입자 쌍은 관측하기 힘들 정도로 매우 빠르게 생겼다가 소멸는데, 이를 양자 요동 또는 진공 요동이라 한다. 과학자들은 실제로 이 양자 요동의 존재를 실험적으로 확인했다. ​이 양자 요동 가운데 하나가 블랙홀의 사건 지평선 근처에서 일어난다면, 한 쌍의 입자가 사건 지평선 근처에서 생겨날 때는 블랙홀의 강한 기조력 때문에 헤어지기 쉽다. 즉, 두 입자 중 하나는 지평선을 가로질러 떨어지는 반면, 다른 하나는 밖으로 탈출하는 일이 발생할 수도 있다. 탈출한 입자는 블랙홀에서 에너지를 가지고 나간 것으로, 이 과정이 반복적으로 일어나면 외부의 관측자는 블랙홀에서 나오는 빛의 연속적인 흐름을 보게 된다. 호킹의 주장에 따르면, 이 같은 양자 요동 효과 때문에 블랙홀이 빛을 방출한다는 것이다. 이를 '블랙홀 증발'이라 하고, 이때 빠져나오는 빛을 '호킹 복사(Hawking radiation)'라 한다. 그래서 호킹은 '블랙홀이 실제로는 완전히 검지 않다'는 말로 이 상황을 표현했다. 호킹의 이론대로 블랙홀이 계속 증발한다면, 수조 년의 시간이 흐르면 블랙홀 자체가 완전히 사라질 수도 있다는 얘기가 된다. 블랙홀에는 질량과 전하, 각운동량 외에는 아무 정보도 얻을 수 없다. 그래서 흔히들 블랙홀에는 세 가닥의 털밖에 없다고 말한다. 이처럼 인류는 아직까지 블랙홀에 대해 아는 것보다 모르는 것이 더 많은만큼 블랙홀은 21세기 천문학과 물리학에서도 여전히 화두가 될 것으로 보인다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

우리 은하에서 관측 사상 두 번째로 큰 블랙홀이 발견돼 학계의 관심이 쏠리고 있다. 일본 게이오대 오카 토모하루 교수팀은 나가노의 노베야마 45m 전파망원경을 이용해 정밀 관측한 결과, 은하수 중심에 있는 궁수자리 A별로부터 약 200광년 거리에 있는 특이 분자 구름에서 태양보다 질량이 10만 배 더 큰 블랙홀이 있는 것으로 추정되는 흔적을 찾았다. 이들 천문학자는 CO-0.40-0.22로 명명된 이 분자 구름 중심에 태양의 10만 배 질량을 지닌 소형 중력원이 있다는 것을 발견하고 그 위치에 대응하는 천체가 보이지 않으므로 블랙홀일 가능성이 크다고 밝혔다. 특히 이번 블랙홀 추정체는 우리 은하에서 가장 큰 블랙홀 추정체로 태양보다 430만 배 이상의 질량을 지닌 궁수자리 A별에 매우 가까운 거리에 있는 것에 큰 의미가 있다고 한다. 이에 대해 연구팀은 “이번 발견은 이런 블랙홀과 비슷한 태양의 수백 배에서 10만 배 정도에 이르는 ‘중간 질량 블랙홀’이 합체를 반복함으로써 중심핵에 있는 거대한 블랙홀을 형성하는 데 이바지하는 시나리오를 지지한다”고 말했다. 이어 “성간 가스의 운동을 관측해서 블랙홀을 간접적으로 감지하는 방법을 개척했다는 점에서도 의의가 크다”고 덧붙였다. 사실 이번 성과는 어느 정도 예측됐던 것이다. 연구팀은 지난 2012년 우리 은하 중심을 에워싸고 있는 총 4개의 분자 구름을 발견했고 이번에 그중 하나를 정밀 관측해 블랙홀 추정체를 발견해낸 것이다. 한편 이번 연구결과는 ‘천체물리학 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters) 최신호(1월 1일)에 게재됐다. 사진=일본 게이오대 오카 토모하루 교수 제공 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

50억 년 뒤 우리은하의 이름 만약 40억 년 후에도 지구에 인류가 생존해 있다면 우리 은하 이름도 바뀌어 있을 것이다. 밀키웨이(Milky Way)가 아니라 '밀코메다(Milkomeda)'라 불리게 된다. 밀키웨이와 안드로메다의 합성어다. 약 40억 년 뒤 우리 은하가 이웃의 안드로메다은하와 충돌할 것이라는 게 천문학계의 공통된 예측이기 때문이다. 이 같은 결과는 미국의 한 연구진에 의해 발표되었는데, 그 속에 반갑게도 한국 출신의 천문학자인 손상모 박사가 참여한 사실이 뒤늦게 알려졌다. 지난 2014년 미국 워싱턴에서 열린 미항공우주국(NASA)의 기자회견에서 우주망원경 과학연구소(STScI) 연구진은 허블 우주망원경을 통해 관측한 결과, 약 37억5000만 년 뒤 우리 은하와 안드로메다은하와 충돌할 것이라는 예측을 하였고, 이 같은 성과는 두 은하의 충돌 시기가 처음으로 정확하게 예측된 것으로 학계는 물론 해외 주요언론으로부터 조명을 받았다. 100년 만에 천문학계의 최대 관심사를 해결한 연구에 한국 출신의 과학자가 참여했다는 사실만으로도 놀라울 따름이다. 손박사는 당시 해외 언론과의 인터뷰에서 “(학자들은) 거의 한 세기 동안 우리은하와 안드로메다에 대한 미래의 운명을 예측해왔고, 마침내 향후 수십억 년간에 걸쳐 발생할 사건(은하 충돌)이 어떻게 전개될지를 나타낸 명확한 그림(시뮬레이션)을 얻게 됐다”고 설명했다. 인류가 생존할지조차 알 수 없는 먼 미래에 발생할 사건이지만, 연구진은 허블 망원경의 놀라운 성능 덕분에 안드로메다의 고유운동까지 관찰한 결과, 밀코메다가 출현하더라도 우리가 살고 있을 지구와 태양은 파괴되지 않고 무사할 것이라고 전했다. 두 은하의 충돌을 보여주는 새로운 시뮬레이션은 두 초질량 블랙홀이 합쳐지는 것을 포함해 충돌 후 나타날 복잡한 과정을 잘 보여주고 있다. 이 시뮬레이션은 서부 호주에 있는 국제 라디오파 천문연구 센터(Icrar)가 제작한 것이다. 시뮬레이션을 보면, 두 은하가 서로 접근할 때 어떤 상호작용을 하는지 잘 보여주고 있다. 첫째, 최초의 만남에서 두 은하는 빠르게 서로를 덮칠 것이다. 그리고 각자의 소용돌이 팔에 있는 일부 별들의 궤도는 어지럽혀질 것이다. 그런 다음 두 은하는 분리되었다가 다시 서로를 향해 맹렬히 돌진할 것이다. 안드로메다은하는 우리 은하보다 크다. 우리 은하가 3000억 개의 별을 가진 데 비해 안드로메다는 무려 1조 개의 별을 갖고 있다. 따라서 엄밀히 말하면 안드로메다가 우리 은하를 잡아먹는 셈이다. 우리 은하 역시 언젠가 가까운 왜소은하 두 개를 잡아먹을 것으로 보이는데, 그 두 은하는 바로 대-소 마젤란은하다. 연구는 우리 국부 은하단에서 세 번째로 큰 은하, 곧 삼각형자리 은하 M33이 우리 은하와 안드로메다은하의 충돌에 가담할 것으로 예측한다. 비디오를 보면 가스는 푸른색으로 새로 생성된 별은 붉은색으로 보이는데, 이는 시뮬레이션이 진행되는 동안 만들어졌음을 뜻한다. 두 은하가 최초로 충돌할 때 받는 충격은 그다지 크지 않지만, 상호 작용하는 중력이 소용돌이 팔 안에서 가스와 별들을 바깥으로 날려버린다. 강력한 충격은 두 번째 충돌과 그 후 이어지는 일련의 충돌 때문에 발생한다. 거대한 가스 구름이 충격을 받아 폭발적인 별들의 생성을 촉발하고, 이것이 초신성 폭풍을 일으킬 것으로 예측된다. 마지막으로는 은하에서 퇴출당한 가스는 회전하는 원반으로 급속히 흡입된다. 우리는 새로 태어난 별들을 볼 뿐이지만, 우리 은하와 안드로메다은하의 팽대부와 별들의 원반은 합체되어 럭비공처럼 생긴 거대한 타원은하를 만듦으로써 두 은하의 충돌 시나리오는 막을 내린다. 안드로메다은하(아래)는 우리 은하(위)보다 크다. 우리 은하가 3천억 개의 별을 가진 데 비해 안드로메다는 무려 1조 개의 별을 갖고 있다. 따라서 엄밀히 말하면 안드로메다가 우리 은하를 잡아먹는 셈이다. 두 은하가 충돌하더라도 별들끼리 서로 부딪치는 일은 거의 발생하지 않는다. 별들 사이의 간격이 워낙 넓기 때문이다. 그럼에도, 두 은하의 중심에 있는 초질량 블랙홀들은 하나로 합쳐질 것이다. 밀코메다의 중심 부근에서 두 블랙홀이 합쳐지면서 수백만 년에 걸쳐 별들에 궤도 에너지를 전달해줄 것이다. 시뮬레이션은 이런 충돌 과정에서 지구가 거대 은하 바깥으로 튕겨 나가기 전에 밀코메다의 중심부로 끌려들어 간다고 예측한다. 궁극적으로는 우주의 모든 은하가 중력으로 뭉쳐져 이 같은 몇 개의 초질량 거대 은하들을 만들 것으로 보인다. 비록 수십억, 수백억 년 이후의 일이기는 하지만. 인류가 그때까지 살아남았다면 지구 밤하늘에서 두 은하가 충돌하는 장관을 감상할지도 모른다. 사진=스페이스립 이광식 통신원 joand999@naver.com

우주전문 웹사이드 스페이스닷컴은 미항공우주국(NASA)의 케플러 망원경이 2년 전 외계행성 사냥을 수행하던 중 고장이 나는 바람에 폐기 직전까지 갔다가 최근 화려하게 부활했다고 5일(현지시간) 보도했다. 부활의 강력한 물증은 제2기 K2 미션 중에 발견한 100개가 넘는 새로운 외계행성 목록이다. 이 같은 사실은 이날 열린 227차 미국천문학회(AAS) 연례회의에서 발표됐다. 총 6억 달러가 투입된 케플러 미션은 2009년 3월에 케플러 망원경이 우주로 발사됨으로써 시작되었다. 이 망원경에 행성 사냥꾼이라는 별명이 붙은 것은 우리은하 내에서 지구와 비슷한 환경을 가진 제2지구를 찾는 것이 주임무이기 때문이다. 케플러는 이 임무를 믿을 수 없을 만큼 완벽하게 수행했다. 공전주기 372.5일로 지구 정지궤도에서 태양 주위를 돌고 있는 무게 1톤의 케플러는 한마디로 고감도 디지털 카메라 겸 노출계다. 특수 제작된 전자소자 결합장치(CCDs)는 행성 탐색에 필요한 광도계 기능을 갖고 있는데, 이것으로 10만 개의 별들과 ‘눈싸움’을 벌여야 한다. 행성의 그 모성 앞을 지날 때 별빛을 가림으로써 일시 별이 깜박거리게 되는데, 케플러는 바로 이 현상을 포착해서 행성을 찾아내기 때문이다. 이러한 방법을 횡단법 또는 트랜싯법이라고 한다. 외계행성 사냥에 나선 지 2년이 채 못되는 시점인 2011년 2월 2일까지 케플러 망원경이 찾아낸 외계행성 후보는 모두 1235개에 달했다. 이들이 도는 모항성의 수는 997개를 헤아린다. 이는 우리 은하에만도 외계행성이 엄청나게 많다는 사실을 시사하는 것이다. ​이들 중 68개의 행성은 대략 지구 크기만 하고, 288개는 슈퍼 지구 사이즈이며, 662개는 해왕성 크기, 165개는 목성 크기, 19개는 목성의 2배 크기로 집계되었다. 목성만 해도 지름이 약 14만km로 지구의 11배나 되는데, 목성의 2배라면 참으로 엄청나게 큰 행성인 셈이다. 이중에서 지구의 2~5배 정도 크기로, 서식가능 영역에 있는 행성은 모두 54개 정도가 후보에 올라 있다. 생명체가 있을 가능성이 있는 외계행성을 대거 발견한 셈이다. ​ 케플러가 취역한 지 만 2년 10개월이 되는 2013년 1월, 그동안 탐사한 성과를 결산하는 중간발표가 나왔다. 이에 따르면 무려 461개나 되는 외계행성 후보들이 새롭게 추가되었으며, 모두 2740개의 외계행성 후보들이 2036개의 모항성 둘레를 도는 것으로 집계되었다. 이만한 성과만 하더라도 외계행성 탐사에 한 획을 그은 것으로 평가된다. 그러나 케플러 탐사선이 늘 순항만 한 것은 아니다. 이해 5월에 중요한 망원경 부품이 고장을 일으키는 불운이 찾아왔다. 망원경의 방향을 통제하는 반작용 휠 4개 중 2개의 휠이 고장나면서 선체 제어가 불가능하게 됨으로써 케플러의 행성탐사 임무는 이 시점에서 '공식 종료'되었다고 NASA는 발표했다. 하지만 케플러는 그후 2개의 반작용 휠과 태양광 압력을 이용해서 자세제어에 성공, 기적적으로 부활했다. NASA는 이에 따라 K2라는 새로운 임무를 케플러에게 주어, 지금까지 외계행성 탐색을 계속하고 있다. 사실 이 시점에서도 케플러는 3.5년으로 예정된 1차 미션 목표를 이미 충분히 완수했고, 보내온 데이터도 상당량인 만큼 데이터를 분석하는 데만 몇 년의 시간이 더 필요한 상태다. 게다가 케플러 망원경 자체도 2016년까지 연장 미션을 부여받아 앞으로도 계속해서 관측 데이터를 보내올 터이므로, 이들 데이터가 완전히 분석되면 새로운 내용들이 많이 밝혀질 것으로 기대되고 있다. 외계행성 탐사에 수많은 신기록들을 세워온 케플러 망원경이 2015년 10월 현재 뽑아낸 계산서 내용은 다음과 같다. 30만 6604개의 별을 관측하고 4601개의 외계 행성 후보를 찾아냈다. 그중에서 외계행성으로 확인된 것만도 1000개가 넘는다. 아직 확인을 기다리는 후보는 모두 4000여 개에 달한다. 케플러는 당시까지 총 125억 번의 별 밝기 관측을 수행했으며, 지구로 전송한 데이터는 20.9TB에 달한다. 그리고 최종적으로 가장 중요한 목표였던 서식가능 외계행성을 8개 찾아내는 데 성공했다. ​ ​이광식 통신원 joand999@naver.com　

사람들이 보통 우주에 관해 갖고 있는 궁금증 중 가장 상위를 차지하는 다음의 것들이 ‘톱 5’로 꼽힌다고 우주 전문사이트 스페이스닷컴이 발표했다. 　　1. 우리 태양계 근처에서 초신성이 폭발하면 우리는 어떻게 되나?　2. 정말 외계인들이 있어 지구를 침략할 가능성이 있는가?　3. 우리가 실험실에서 만드는 블랙홀은 정말 위험할까?　4. 웜홀을 통한 우주여행은 정말 가능할까?　5. 인류가 우주에 대해 완벽하게 알게 되는 날이 과연 올까?　이에 대해 알기 쉽고 명쾌한 해답지를 한번 작성해보도록 하자. 1. 초신성 폭발은 우리에게 위험한가?​ 초신성 폭발은 그 거리가 얼마인가에 따라 인류에게 치명적인 사건이 될 수도 있다. 질량이 태양보다 10배 이상 무거운 별들이 항성진화의 마지막 단계에서 대폭발로 생애를 마감하는 방식이 바로 초신성 폭발이다. 말하자면, 새로운 별이 아니라, 늙은 별의 임종인 셈이다. 이 별의 폭발은 태양 밝기의 수십억 배나 되는 광휘로 우주공간을 밝혀, 우리은하 부근이라면 대낮에도 맨눈으로 볼 수 있을 정도다. 때로는 전 은하가 내는 빛보다 더 강력한 빛을 발하는 초신성 폭발은 우주에서 가장 극적인 드라마라 할 수 있다. 우리 태양계도 이런 초신성의 폭발로 비롯되었다. 46억 년 전 가스와 분자들로 이루어진 몇 광년 크기의 원시 구름들이 떠돌던 한 우주공간 부근에서 초신성이 폭발이 일어났고, 그 충격파로 원시구름의 중력 균형이 무너져 한 점으로 붕괴하기 시작함으로써 태양계 형성의 첫발을 내딛었다. 초신성 폭발은 한 은하당 100년에 한 번 꼴로 일어나는데, 우리은하에서 가장 최근에 일어난 초신성 폭발은 약 400년 전 케플러가 본 초신성 폭발이었다. 그래서 그 초신성은 ‘케플러의 초신성’이라 불린다. 그후 400년 동안 조용했던 우리은하에 초신성 폭발 후보가 하나 떠올랐다. 과학자들에 따르면, 오리온자리의 적색 초거성인 ‘베텔게우스’가 조만간에 수명이 다해 초신성으로 폭발할 거라 한다. 천문학에서 조만간이라 하면, 오늘 내일일 수도 있고 수만 년일 수도 있지만, 이쨌든 태양의 900배에 달하는 이 베텔게우스가 폭발하면 지구에는 최소한 1~2주간 밤이 없는 상태가 계속될 거라 한다. 하지만 베텔게우스는 지구로부터 640광년이나 떨어져 있어 지구에 미치는 영향은 미미할 것으로 보인다. 그러나 이런 초신성이 태양계 가까이에서 터진다면 인류와 지구의 운명은 누구도 예측할 수가 없게 될 것이다. 베텔게우스만 한 거리가 아니라, 상당히 가까운 우주공간에서 초신성 폭발이 일어난다면, 폭발시에 방출되는 X선과 감마선이 인체에 아주 나쁜 영향을 미칠 수도 있다. 감마선은 특히 사람의 유전인자를 파괴할 수 있는 고에너지 전자기파다. ​이러한 전자기파는 시간이 흐름에 따라 급격히 감소한다. 어쨌든 초신성이 폭발한 부근의 우주공간은 은하적인 체르노빌 지역이 되어 유해한 고에너지 방사선으로 가득 차게 된다. 그러니까 여러분은 절대로 초신성 부근에서 어슬렁거리지 말기 바란다. 2. 외계인들이 정말 지구를 침략할까? 상상 속에서는 무슨 일이든지 일어날 수 있다. 외계인 문제를 얘기하기에 앞서 우선 ‘거리’라는 걸 생각해보자. 사람들은 별들 사이의 거리가 얼마나 먼지 잘 알 수 없을 것이다. 피아노 크기의 뉴호라이즌스가 10년 동안 날아간 끝에 2015년 7월 명왕성에 도착했다. 뉴호라이즌스가 발사될 때의 탈출속도는 초속 16.26 km로, 지금까지 인간이 만들어낸 물체 중 가장 빠르게 지구를 탈출했다. 그리고 가는 길에 목성의 중력을 도움 받아서 속도를 초속 23 km까지 끌어올렸다. 이로 인해 명왕성으로 가는 시간이 약 3년 단축되었다. 초속 23km는 보통 총알 속도의 23배란 뜻이다. 지구에서 가장 가까운 별이 프록시마 센타우리인데, 4.2광년 거리에 있다. 초속 23km의 속도로 날아가더라도 무려 5만 5천 년이 걸린다. 이것이 바로 별과 별 사이의 ‘거리’다. 만약 외계인이 있어 이 성간 거리를 마음대로 이동할 수 있다고 치자. 그렇다면 그들은 우리가 상상할 수 없는 자원과 에너지를 가지고 있다는 말인데, 그런 외계인이 지구 같은 데에 눈을 돌릴 이유가 있을까? 여기엔 그런 것들이 전혀 없지 않은가. 지구의 물질은 다 어디서 온것인가? 모두 우주에서 온 것이다. 따라서 외계인이 지구를 침략한다는 것은 별로 수지가 맞는 일이 아닐 것이다. 다른 문제도 있다. 지구상에 인류가 나타난 것은 겨우 20만 년 전이었고,​ 문명을 일구어온 것은 1만 년이 채 안된다. 이는 우주 138억 년의 역사에 비교해 볼 때 거의 찰나에 지나지 않는다는 뜻이다. 다른 외계문명이 있다면 그 역시 찰나일 텐데, 두 ‘찰나’가 동시에 존재할 확률은 거의 0에 수렴하지 않을까. 그러니 외계인 얘기는 별로 영양가가 없다. 그만 접어두고 다른 데, 예컨대 지구 보호 같은 데나 신경쓰는 게 낫지 않을까? 3. 우리가 만든 블랙홀이 위험할까? “입자 가속기 안에서 빛의 속도로 돌던 양성자가 반대 방향에서 달려오는 다른 양성자와 충돌, 우주의 빅뱅 순간을 재현한다. 지금까지 누구도 본 적이 없는 이상한 입자들이 쏟아져나오면서 미니 블랙홀이 생성된다. 이 블랙홀은 갑자기 주변 물질을 삼키기 시작하더니 삽시에 연구소 전체와 스위스, 유럽 대륙을 차례로 먹어치우고 결국 지구까지 집어삼킨다.” 유럽입자물리연구소(CERN)가 80억 달러를 들여 스위스 제네바와 프랑스 국경지대 땅속에 완공한 거대강입자가속기(Large Hardron Collider·LHC)의 가동을 앞두고 일부 물리학자들이 우려한 시나리오다. 이들은 거대강입자가속기가 가동되면 ‘가속기 내에서 양성자가 충돌할 때 아주 작은 인공 블랙홀이 만들어져 지구를 삼키지 않을까’ 하고 노심초사했지만, 결론적으로 말해 그런 일은 없었다. 그러나 미국 하와이에선 지구 안전성을 위협한다는 이유로 가동 중단 연방소송이 제기되기도 했다. 거대강입자가속기는 매초마다 수많은 미니 블랙홀을 만든다. 1년에 1천만 개 정도다. 1천만 개에 이르는 수많은 블랙홀의 대부분은 바로 사라지지만 어떤 것은 잘못돼 지구 전체를 삼킬 가능성이 있다는 것이다. 그러나 과학계에서는 ‘인공 블랙홀 생성-지구 멸망’ 시나리오에 대해 ‘완전한 허구’라고 일축하고 다음과 같은 설명을 내놓았다. “양성자끼리의 충돌에 의해 미니 블랙홀이 만들어지더라도 이 블랙홀은 나노(1나노초는 10의 -9승초)의 나노의 나노초만큼 존재한다. 어떤 영향도 미치지 않는다.” 지구나 태양계를 집어삼킬 만한 거대한 블랙홀이 만들어지는 데는 수십억 년, 심지어 수백억 년이 걸린다. 인류가 문명을 일구어온 지가 고작 1만 년인데, 수십억 년 단위의 걱정을 한다는 것은 마치 하루살이가 겨울나기 걱정을 하는 것과 다를 바가 없지 않을까?​ 4. 웜홀을 통한 우주여행이 가능할까?​ 물론 할 수 있고 말고다. 그런데 문제는 그 웜홀이 있어야 한다는 거다. 이 대목에서 우리는 헷갈린다. 웜홀이란 알다시피 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 나왔다. 중력이 극도로 강해지면 시공간이 휘다 못해 구멍이 뚫린다는 하나의 가설이다. 즉, ​시공간의 좁은 통로가 생길 수 있다는 뜻이다. ‘벌레구멍’이란 이름도 벌레가 과일의 표면을 기어 반대쪽에 도달하는 것보다 구멍을 파고 직행하면 더 빨리 반대편에 닿는다는 뜻에서 붙인 것이다. 성간여행이나 은하간 여행을 할 때, 이 웜홀을 통해 훨씬 짧은 시간 안에 우주의 한 쪽에서 다른 쪽으로 도달할 수 있다고 웜홀 이론의 주창자 킵 손은 주장한다. 그래서 ‘인터스텔라’ 영화에도 조언했고 소개되었다. 하지만 문제는 블랙홀의 엄청난 기조력 때문에 진입하는 모든 물체가 콩가루가 되는데, 과연 웜홀을 무사히 빠져나올 수 있는가 하는 점이다. 웜홀 여행은 되도록 사양하고 싶다고 한 스티븐 호킹의 말만 보더라도 웜홀 여행이란 그냥 이론 좋아하는 물리학자들이 머리 짜낸 가설로, 다만 수학적으로만 가능한 여행일 뿐일 거라는 강한 의혹을 받고 있다. 세상에는 상상과 가설로만 존재하는 것들이 더러 있다. 신의 존재나, 다중우주 같은 것도 결코 증명되지 않는 가설일 뿐이다. 웜홀도 그중 하나라는 것이다. 결론적으로 웜홀 여행은 가능한가 물음에 대한 답은 이렇다. 가능하다. 단, 그런 웜홀이 존재하고, 우리가 무사히 빠져나갈 수만 있다면. 5. 인류가 우주를 완벽히 아는 날이 올까?​ 이 질문은 참으로 유서 깊은 것이다. 어느 과학자나 철학자도 이 같은 의문을 갖고 이런 질문을 스스에게, 또는 다른 사람에게 던져보았을 것이다. 예컨대 다음과 같은 질문이다. “언젠가 과학의 모든 문제들이 해결되고, 우리가 우주의 모든 것에 대해 완벽하게 알게 되어 더이상 풀 문제가 없는 날이 올까? 아니면 우리가 모든 것을 알게 되는 그런 상황은 결코 영원히 오지 않을까?” 이에 대해 지금까지 제시된 답안 중에서 가장 설득력 있는 답안을 작성한 이는 공상과학 소설가 아이작 아시모프가 아닐까 싶다. 그는 친구 과학자의 물음에 이렇게 답했다. “우주는 본질적으로 매우 복잡한 프랙탈적 성질을 지니고 있으며, 과학이 연구하는 대상도 이러한 성질을 공유하고 있다는 것이 내 신념이다. 따라서 우주의 어떤 일부분이 이해되지 않은 채 남아 있고, 과학이 탐구하는 도정에 어떤 일부가 밝혀지지 않은 채 남아 있다면, 그것이 이해되고 해결된 부분에 비해 아무리 작은 부분이라 하더라도, 그 속에는 원래의 것과 다름없는 모든 복잡성이 들어 있다고 본다. 따라서 우리는 결코 그 끝에 도달할 수 없을 것이다. 우리가 아무리 멀리 나아가더라도 우리 앞에 남아 있는 길은 여전히 처음과 마찬가지로 먼 길일 것이다. 이것이 우주의 신비다.” 프랙탈이란 차원 분열 도형을 일컫는 말로, 작은 구조가 전체 구조와 닮은 형태로 끝없이 되풀이되는 구조를 말한다. 자연에서 쉽게 찾을 수 있는 예로는 고사리와 같은 양치류 식물, 구름과 산, 리아스식 해안, 나뭇가지, 은하의 모습 등이다. 아시모프의 우주관은 우주 자체가 프랙탈이라는 것이다. 그 속성은 무한반복이다. 하나를 알게 되면 열 개의 수수께끼가 튀어나오는 구조인 것이다. 이처럼 우주는 우리 인간에겐 결코 풀리지 않는 신비다. 하긴 풀리는 거라면 신비도 아니겠지만. 이광식 통신원 joand999@naver.com　　

-초신성, 외계인, 블랙홀, 웜홀, 우주의 신비 등​ 사람들이 보통 우주에 관해 갖고 있는 궁금증 중 가장 상위를 차지하는 다음의 것들이 '톱 5'로 꼽힌다고 우주 전문 사이트 스페이스닷컴이 발표했다. 1. 우리 태양계 근처에서 초신성이 폭발하면 우리는 어떻게 되나?2. 정말 외계인들이 있어 지구를 침략할 가능성이 있는가?3. 우리가 실험실에서 만드는 블랙홀은 정말 위험할까?4. 웜홀을 통한 우주여행은 정말 가능할까?5. 인류가 우주에 대해 완벽하게 알게 되는 날이 과연 올까? 이에 대해 알기 쉽고 명쾌한 해답지를 한번 작성해보도록 하자. 1. 초신성 폭발은 우리에게 위험한가?​초신성 폭발은 그 거리가 얼마인가에 따라 인류에게 치명적인 사건이 될 수도 있다. 질량이 태양보다 10배 이상 무거운 별들이 항성진화의 마지막 단계에서 대폭발로 생애를 마감하는 방식이 바로 초신성 폭발이다. 말하자면, 새로운 별이 아니라, 늙은 별의 임종인 셈이다. 이 별의 폭발은 태양 밝기의 수십억 배나 되는 광휘로 우주공간을 밝혀, 우리은하 부근이라면 대낮에도 맨눈으로 볼 수 있을 정도다. 때로는 전 은하가 내는 빛보다 더 강력한 빛을 발하는 초신성 폭발은 우주에서 가장 극적인 드라마라 할 수 있다. 우리 태양계도 이런 초신성의 폭발로 비롯되었다. 46억 년 전 가스와 분자들로 이루어진 몇 광년 크기의 원시 구름들이 떠돌던 한 우주공간 부근에서 초신성이 폭발이 일어났고, 그 충격파로 원시구름의 중력 균형이 무너져 한 점으로 붕괴하기 시작함으로써 태양계 형성의 첫발을 내딛었다. 초신성 폭발은 한 은하당 100년에 한 번 꼴로 일어나는데, 우리은하에서 가장 최근에 일어난 초신성 폭발은 약 400년 전 케플러가 본 초신성 폭발이었다. 그래서 그 초신성은 '케플러의 초신성'이라 불린다. 그후 400년 동안 조용했던 우리은하에 초신성 폭발 후보가 하나 떠올랐다. 과학자들에 따르면, 오리온자리의 적색 초거성인 '베텔게우스'가 조만간에 수명이 다해 초신성으로 폭발할 거라 한다. 천문학에서 조만간이라 하면, 오늘 내일일 수도 있고 수만 년일 수도 있지만, 이쨌든 태양의 900배에 달하는 이 베텔게우스가 폭발하면 지구에는 최소한 1~2주간 밤이 없는 상태가 계속될 거라 한다. 하지만 베텔게우스는 지구로부터 640광년이나 떨어져 있어 지구에 미치는 영향은 미미할 것으로 보인다. 그러나 이런 초신성이 태양계 가까이에서 터진다면 인류와 지구의 운명은 누구도 예측할 수가 없게 될 것이다. 베텔게우스만 한 거리가 아니라, 상당히 가까운 우주공간에서 초신성 폭발이 일어난다면, 폭발시에 방출되는 X선과 감마선이 인체에 아주 나쁜 영향을 미칠 수도 있다. 감마선은 특히 사람의 유전인자를 파괴할 수 있는 고에너지 전자기파다. ​이러한 전자기파는 시간이 흐름에 따라 급격히 감소한다. 어쨌든 초신성이 폭발한 부근의 우주공간은 은하적인 체르노빌 지역이 되어 유해한 고에너지 방사선으로 가득 차게 된다. 그러니까 여러분은 절대로 초신성 부근에서 어슬렁거리지 말기 바란다. 2. 외계인들이 정말 지구를 침략할까?상상 속에서는 무슨 일이든지 일어날 수 있다. 외계인 문제를 얘기하기에 앞서 우선 '거리'라는 걸 생각해보자. 사람들은 별들 사이의 거리가 얼마나 먼지 잘 알 수 없을 것이다. 피아노 크기의 뉴호라이즌스가 10년 동안 날아간 끝에 2015년 7월 명왕성에 도착했다. 뉴호라이즌스가 발사될 때의 탈출속도는 초속 16.26 km로, 지금까지 인간이 만들어낸 물체 중 가장 빠르게 지구를 탈출했다. 그리고 가는 길에 목성의 중력을 도움 받아서 속도를 초속 23 km까지 끌어올렸다. 이로 인해 명왕성으로 가는 시간이 약 3년 단축되었다. 초속 23km는 보통 총알 속도의 23배란 뜻이다. 지구에서 가장 가까운 별이 프록시마 센타우리인데, 4.2광년 거리에 있다. 초속 23km의 속도로 날아가더라도 무려 5만 5천 년이 걸린다. 이것이 바로 별과 별 사이의 '거리'다.만약 외계인이 있어 이 성간 거리를 마음대로 이동할 수 있다고 치자. 그렇다면 그들은 우리가 상상할 수 없는 자원과 에너지를 가지고 있다는 말인데, 그런 외계인이 지구 같은 데에 눈을 돌릴 이유가 있을까? 여기엔 그런 것들이 전혀 없지 않은가. 지구의 물질은 다 어디서 온것인가? 모두 우주에서 온 것이다. 따라서 외계인이 지구를 침략한다는 것은 별로 수지가 맞는 일이 아닐 것이다. 다른 문제도 있다. 지구상에 인류가 나타난 것은 겨우 20만 년 전이었고,​ 문명을 일구어온 것은 1만 년이 채 안된다. 이는 우주 138억 년의 역사에 비교해 볼 때 거의 찰나에 지나지 않는다는 뜻이다. 다른 외계문명이 있다면 그 역시 찰나일 텐데, 두 '찰나'가 동시에 존재할 확률은 거의 0에 수렴하지 않을까. 그러니 외계인 얘기는 별로 영양가가 없다. 그만 접어두고 다른 데, 예컨대 지구 보호 같은 데나 신경쓰는 게 낫지 않을까? ​ 3. 우리가 만든 블랙홀이 위험할까?"입자 가속기 안에서 빛의 속도로 돌던 양성자가 반대 방향에서 달려오는 다른 양성자와 충돌, 우주의 빅뱅 순간을 재현한다. 지금까지 누구도 본 적이 없는 이상한 입자들이 쏟아져나오면서 미니 블랙홀이 생성된다. 이 블랙홀은 갑자기 주변 물질을 삼키기 시작하더니 삽시에 연구소 전체와 스위스, 유럽 대륙을 차례로 먹어치우고 결국 지구까지 집어삼킨다." 유럽입자물리연구소(CERN)가 80억 달러를 들여 스위스 제네바와 프랑스 국경지대 땅속에 완공한 거대강입자가속기(Large Hardron Collider·LHC)의 가동을 앞두고 일부 물리학자들이 우려한 시나리오다.이들은 거대강입자가속기가 가동되면 '가속기 내에서 양성자가 충돌할 때 아주 작은 인공 블랙홀이 만들어져 지구를 삼키지 않을까' 하고 노심초사했지만, 결론적으로 말해 그런 일은 없었다. 그러나 미국 하와이에선 지구 안전성을 위협한다는 이유로 가동 중단 연방소송이 제기되기도 했다. 거대강입자가속기는 매초마다 수많은 미니 블랙홀을 만든다. 1년에 1천만 개 정도다. 1천만 개에 이르는 수많은 블랙홀의 대부분은 바로 사라지지만 어떤 것은 잘못돼 지구 전체를 삼킬 가능성이 있다는 것이다. 그러나 과학계에서는 '인공 블랙홀 생성-지구 멸망' 시나리오에 대해 '완전한 허구'라고 일축하고 다음과 같은 설명을 내놓았다. "양성자끼리의 충돌에 의해 미니 블랙홀이 만들어지더라도 이 블랙홀은 나노(1나노초는 10의 -9승초)의 나노의 나노초만큼 존재한다. 어떤 영향도 미치지 않는다." 지구나 태양계를 집어삼킬 만한 거대한 블랙홀이 만들어지는 데는 수십억 년, 심지어 수백억 년이 걸린다. 인류가 문명을 일구어온 지가 고작 1만 년인데, 수십억 년 단위의 걱정을 한다는 것은 마치 하루살이가 겨울나기 걱정을 하는 것과 다를 바가 없지 않을까?​ 4. 웜홀을 통한 우주여행이 가능할까?​물론 할 수 있고 말고다. 그런데 문제는 그 웜홀이 있어야 한다는 거다. 이 대목에서 우리는 헷갈린다. 웜홀이란 알다시피 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 나왔다. 중력이 극도로 강해지면 시공간이 휘다 못해 구멍이 뚫린다는 하나의 가설이다. 즉, ​시공간의 좁은 통로가 생길 수 있다는 뜻이다. '벌레구멍'이란 이름도 벌레가 과일의 표면을 기어 반대쪽에 도달하는 것보다 구멍을 파고 직행하면 더 빨리 반대편에 닿는다는 뜻에서 붙인 것이다. 성간여행이나 은하간 여행을 할 때, 이 웜홀을 통해 훨씬 짧은 시간 안에 우주의 한 쪽에서 다른 쪽으로 도달할 수 있다고 웜홀 이론의 주창자 킵 손은 주장한다. 그래서 '인터스텔라' 영화에도 조언했고 소개되었다. 하지만 문제는 블랙홀의 엄청난 기조력 때문에 진입하는 모든 물체가 콩가루가 되는데, 과연 웜홀을 무사히 빠져나올 수 있는가 하는 점이다. 웜홀 여행은 되도록 사양하고 싶다고 한 스티븐 호킹의 말만 보더라도 웜홀 여행이란 그냥 이론 좋아하는 물리학자들이 머리 짜낸 가설로, 다만 수학적으로만 가능한 여행일 뿐일 거라는 강한 의혹을 받고 있다. 세상에는 상상과 가설로만 존재하는 것들이 더러 있다. 신의 존재나, 다중우주 같은 것도 결코 증명되지 않는 가설일 뿐이다. 웜홀도 그중 하나라는 것이다. 결론적으로 웜홀 여행은 가능한가 물음에 대한 답은 이렇다. 가능하다. 단, 그런 웜홀이 존재하고, 우리가 무사히 빠져나갈 수만 있다면. 5. 인류가 우주를 완벽히 아는 날이 올까?​이 질문은 참으로 유서 깊은 것이다. 어느 과학자나 철학자도 이 같은 의문을 갖고 이런 질문을 스스에게, 또는 다른 사람에게 던져보았을 것이다. 예컨대 다음과 같은 질문이다. "언젠가 과학의 모든 문제들이 해결되고, 우리가 우주의 모든 것에 대해 완벽하게 알게 되어 더이상 풀 문제가 없는 날이 올까? 아니면 우리가 모든 것을 알게 되는 그런 상황은 결코 영원히 오지 않을까?"이에 대해 지금까지 제시된 답안 중에서 가장 설득력 있는 답안을 작성한 이는 공상과학 소설가 아이작 아시모프가 아닐까 싶다. 그는 친구 과학자의 물음에 이렇게 답했다. "우주는 본질적으로 매우 복잡한 프랙탈적 성질을 지니고 있으며, 과학이 연구하는 대상도 이러한 성질을 공유하고 있다는 것이 내 신념이다. 따라서 우주의 어떤 일부분이 이해되지 않은 채 남아 있고, 과학이 탐구하는 도정에 어떤 일부가 밝혀지지 않은 채 남아 있다면, 그것이 이해되고 해결된 부분에 비해 아무리 작은 부분이라 하더라도, 그 속에는 원래의 것과 다름없는 모든 복잡성이 들어 있다고 본다. 따라서 우리는 결코 그 끝에 도달할 수 없을 것이다. 우리가 아무리 멀리 나아가더라도 우리 앞에 남아 있는 길은 여전히 처음과 마찬가지로 먼 길일 것이다. 이것이 우주의 신비다." 프랙탈이란 차원 분열 도형을 일컫는 말로, 작은 구조가 전체 구조와 닮은 형태로 끝없이 되풀이되는 구조를 말한다. 자연에서 쉽게 찾을 수 있는 예로는 고사리와 같은 양치류 식물, 구름과 산, 리아스식 해안, 나뭇가지, 은하의 모습 등이다.아시모프의 우주관은 우주 자체가 프랙탈이라는 것이다. 그 속성은 무한반복이다. 하나를 알게 되면 열 개의 수수께끼가 튀어나오는 구조인 것이다. 이처럼 우주는 우리 인간에겐 결코 풀리지 않는 신비다. 하긴 풀리는 거라면 신비도 아니겠지만. 이광식 통신원 joand999@naver.com　

우주전문 웹사이드 스페이스닷컴은 미항공우주국(NASA)의 케플러 망원경이 2년 전 외계행성 사냥을 수행하던 중 고장이 나는 바람에 폐기 직전까지 갔다가 최근 화려하게 부활했다고 5일(현지시간) 보도했다. 부활의 강력한 물증은 제2기 K2 미션 중에 발견한 100개가 넘는 새로운 외계행성 목록이다. 이 같은 사실은 이날 열린 227차 미국천문학회(AAS) 연례회의에서 발표됐다. 총 6억 달러가 투입된 케플러 미션은 2009년 3월에 케플러 망원경이 우주로 발사됨으로써 시작되었다. 이 망원경에 행성 사냥꾼이라는 별명이 붙은 것은 우리은하 내에서 지구와 비슷한 환경을 가진 제2지구를 찾는 것이 주임무이기 때문이다. 케플러는 이 임무를 믿을 수 없을 만큼 완벽하게 수행했다. 공전주기 372.5일로 지구 정지궤도에서 태양 주위를 돌고 있는 무게 1톤의 케플러는 한마디로 고감도 디지털 카메라 겸 노출계다. 특수 제작된 전자소자 결합장치(CCDs)는 행성 탐색에 필요한 광도계 기능을 갖고 있는데, 이것으로 10만 개의 별들과 ‘눈싸움’을 벌여야 한다. 행성의 그 모성 앞을 지날 때 별빛을 가림으로써 일시 별이 깜박거리게 되는데, 케플러는 바로 이 현상을 포착해서 행성을 찾아내기 때문이다. 이러한 방법을 횡단법 또는 트랜싯법이라고 한다. 외계행성 사냥에 나선 지 2년이 채 못되는 시점인 2011년 2월 2일까지 케플러 망원경이 찾아낸 외계행성 후보는 모두 1235개에 달했다. 이들이 도는 모항성의 수는 997개를 헤아린다. 이는 우리 은하에만도 외계행성이 엄청나게 많다는 사실을 시사하는 것이다. ​이들 중 68개의 행성은 대략 지구 크기만 하고, 288개는 슈퍼 지구 사이즈이며, 662개는 해왕성 크기, 165개는 목성 크기, 19개는 목성의 2배 크기로 집계되었다. 목성만 해도 지름이 약 14만km로 지구의 11배나 되는데, 목성의 2배라면 참으로 엄청나게 큰 행성인 셈이다. 이중에서 지구의 2~5배 정도 크기로, 서식가능 영역에 있는 행성은 모두 54개 정도가 후보에 올라 있다. 생명체가 있을 가능성이 있는 외계행성을 대거 발견한 셈이다. ​ 케플러가 취역한 지 만 2년 10개월이 되는 2013년 1월, 그동안 탐사한 성과를 결산하는 중간발표가 나왔다. 이에 따르면 무려 461개나 되는 외계행성 후보들이 새롭게 추가되었으며, 모두 2740개의 외계행성 후보들이 2036개의 모항성 둘레를 도는 것으로 집계되었다. 이만한 성과만 하더라도 외계행성 탐사에 한 획을 그은 것으로 평가된다. 그러나 케플러 탐사선이 늘 순항만 한 것은 아니다. 이해 5월에 중요한 망원경 부품이 고장을 일으키는 불운이 찾아왔다. 망원경의 방향을 통제하는 반작용 휠 4개 중 2개의 휠이 고장나면서 선체 제어가 불가능하게 됨으로써 케플러의 행성탐사 임무는 이 시점에서 '공식 종료'되었다고 NASA는 발표했다. 하지만 케플러는 그후 2개의 반작용 휠과 태양광 압력을 이용해서 자세제어에 성공, 기적적으로 부활했다. NASA는 이에 따라 K2라는 새로운 임무를 케플러에게 주어, 지금까지 외계행성 탐색을 계속하고 있다. 사실 이 시점에서도 케플러는 3.5년으로 예정된 1차 미션 목표를 이미 충분히 완수했고, 보내온 데이터도 상당량인 만큼 데이터를 분석하는 데만 몇 년의 시간이 더 필요한 상태다. 게다가 케플러 망원경 자체도 2016년까지 연장 미션을 부여받아 앞으로도 계속해서 관측 데이터를 보내올 터이므로, 이들 데이터가 완전히 분석되면 새로운 내용들이 많이 밝혀질 것으로 기대되고 있다. 외계행성 탐사에 수많은 신기록들을 세워온 케플러 망원경이 2015년 10월 현재 뽑아낸 계산서 내용은 다음과 같다. 30만 6604개의 별을 관측하고 4601개의 외계 행성 후보를 찾아냈다. 그중에서 외계행성으로 확인된 것만도 1000개가 넘는다. 아직 확인을 기다리는 후보는 모두 4000여 개에 달한다. 케플러는 당시까지 총 125억 번의 별 밝기 관측을 수행했으며, 지구로 전송한 데이터는 20.9TB에 달한다. 그리고 최종적으로 가장 중요한 목표였던 서식가능 외계행성을 8개 찾아내는 데 성공했다. ​ ​이광식 통신원 joand999@naver.com　

-임종 시기는 내년 혹은 100만 년 후쯤...​​ 용골자리 에타별만큼 흥미를 끄는 별이 있을까? 나사(NASA)의 웹사이드 '오늘의 천문사진(APOD) 27일(현지시간)에 허블이 촬영한 용골자리 에타별의 생생한 이미지가 발표되었다. 지금껏 발견된 별 중에서 최대 질량을 자랑하는 별로, 우리 태양 질량의 약 100배 정도로 크며 밝기는 태양의 약 500만 배다. 이 별은 결국 폭발하게 될 것이다. 하지만 그때가 내년일지, 아니면 백만 년 후가 될지는 아무도 알 수 없다. 흔히 에타 카리나로 불리는 이 용골자리 에타별은 극대거성으로, 조만간 대폭발을 일으킬 가장 강력한 초신성 후보다. 에타별처럼 태양 질량의 100배가 넘는 천체들은 태양보다 약 백만 배 정도 밝게 빛난다. 이들은 우리은하 내에서 매우 희귀한 존재들로, 통틀어 수십 개 정도 있을 것으로 추정되고 있다.​ ​기록을 보면, 약 150여 년 전 에타 카리나에서 이상한 폭발이 발생하며 당시 남반구 하늘에서 가장 밝은 별로 등극했다. 열쇠구멍 성운 내에 있는 에타카리나는 자연발생적인 레이저 빛을 방출하는 유일한 항성이다.​ 에타별의 가장 특이한 천체물리학적 특징은 1843년 이래 계속 관측되고 있는 큰 규모의 폭발들(초신성 위장 현상이라고도 함)이다. 몇 년 동안 에타별은 초신성 폭발과 비슷한 가시광선 밝기를 보여주었으나 최후를 맞지는 않았다. 이는 아직까지도 항성의 마지막 진화단계를 밟고 있다는 뜻이다.​ 1996년 촬영된 위의 사진은 이 떠돌이 별을 둘러싸고 있는 기묘한 모양의 성운을 손에 잡힐 듯이 보여준다. 이제 두 개의 덩어리가 뚜렷이 구분되어 보이며, 중심의 뜨거운 영역과 복사의 흐름을 볼 수 있다.​ 이 덩어리들은 중심부 근처에서 분출되는 자외선을 흡수하는 가스와 먼지띠로 가득 차 있다. 길게 뻗은 줄무늬들의 정체는 아직도 풀리지 않고 있는 수수께끼다. ​ 용골자리 에타는 남반구 하늘의 용골자리에 있으며, 지구에서의 거리는 약 8,000광년이다. 북위 27도 이하에서만 관찰이 가능하다. ​사진=NASA 홈페이지 이광식 통신원 joand999@naver.com　

-임종 시기는 내년 혹은 100만 년 후쯤...​​ 용골자리 에타별만큼 흥미를 끄는 별이 있을까? 지금껏 발견된 별 중에서 최대 질량을 자랑하는 별로, 우리 태양 질량의 약 100배 정도로 크며 밝기는 태양의 약 500만 배다. 이 별은 결국 폭발하게 될 것이다. 하지만 그때가 내년일지, 아니면 백만 년 후가 될지는 아무도 알 수 없다. 흔히 에타 카리나로 불리는 이 용골자리 에타별은 극대거성으로, 조만간 대폭발을 일으킬 가장 강력한 초신성 후보다. 에타별처럼 태양 질량의 100배가 넘는 천체들은 태양보다 약 백만 배 정도 밝게 빛난다. 이들은 우리은하 내에서 매우 희귀한 존재들로, 통틀어 수십 개 정도 있을 것으로 추정되고 있다.​ ​기록을 보면, 약 150여 년 전 에타 카리나에서 이상한 폭발이 발생하며 당시 남반구 하늘에서 가장 밝은 별로 등극했다. 열쇠구멍 성운 내에 있는 에타카리나는 자연발생적인 레이저 빛을 방출하는 유일한 항성이다.​ 에타별의 가장 특이한 천체물리학적 특징은 1843년 이래 계속 관측되고 있는 큰 규모의 폭발들(초신성 위장 현상이라고도 함)이다. 몇 년 동안 에타별은 초신성 폭발과 비슷한 가시광선 밝기를 보여주었으나 최후를 맞지는 않았다. 이는 아직까지도 항성의 마지막 진화단계를 밟고 있다는 뜻이다.​ 1996년 촬영된 위의 사진은 이 떠돌이 별을 둘러싸고 있는 기묘한 모양의 성운을 손에 잡힐 듯이 보여준다. 이제 두 개의 덩어리가 뚜렷이 구분되어 보이며, 중심의 뜨거운 영역과 복사의 흐름을 볼 수 있다.​ 이 덩어리들은 중심부 근처에서 분출되는 자외선을 흡수하는 가스와 먼지띠로 가득 차 있다. 길게 뻗은 줄무늬들의 정체는 아직도 풀리지 않고 있는 수수께끼다. ​ 용골자리 에타는 남반구 하늘의 용골자리에 있으며, 지구에서의 거리는 약 8,000광년이다. 북위 27도 이하에서만 관찰이 가능하다. ​사진=NASA 홈페이지 이광식 통신원 joand999@naver.com　

-우주의 진화를 밝혀줄 '단서' 포착 아주 멀리 떨어진 은하단 내에서 한 은하가 초고온의 가스 꼬리를 키우고 있는 광경이 최초로 목격되었다. 이러한 현상은 전례가 없었던 것으로, 은하 내의 극단적인 환경을 연구하는 데 좋은 자료가 될 것으로 보인다고 천문학자들은 밝혔다. 미항공우주국(NASA)의 찬드라 우주망원경이 포착한 X-선 이미지는 이 은하의 꼬리가 우리은하 크기의 2.5배로, 무려 25만 광년에 달하는 것을 보여준다. CGCG254-021 로 불리는 이 은하는 지구에서 7억 광년 떨어진 츠비키 8338 은하단의 깊숙한 곳에 자리잡고 있다. 이 꼬리는 초고온의 성간 가스의 흐름으로, 은하 내의 보다 뜨거운 가스와의 상호작용에 의해 찢겨져나온 것이다. 꼬리를 이루는 가스의 온도는 1천만 도K로 측정된 것에 반해, 츠비키 8338의 은하 내 가스 온도는 그 3배에 이르렀다. 이 같은 꼬리와 은하 간의 온도차는 별을 형성하는 모든 가스가 은하 내에서 고갈되어 버렸음을 시사한다. “은하로부터 이처럼 엄청난 꼬리가 분리되어 나온 것은 은하 내의 가스가 남김없이 빠져나갔다는 것을 말해준다"고 설명하는 토마스 라이프치히 독일 본 대학 교수는 “그 꼬리는 사실상 은하로부터 완전히 분리되었다" 고 밝힌다. 천문학자들은 우리은하 크기의 2배가 넘는 이 손실된 은하 가스는 은하단이 인수하여 별 생성 지역이 될 것으로 보고 있다. 실제로 별들이 형성되는 징후가 약간씩 나타나고 있다고 한다. 꼬리 가스의 다른 특성에 대해서도 연구되었는데, 꼬리의 앞부분(모은하에 가장 근접한 밝은 부분)에 보다 많은 중원소(헬륨보다 무거운 원소)들이 집중되어 있다는 사실도 밝혀졌다. "이 꼬리는 은하단의 역동적인 단면을 보여주는 생생한 본보기로, 은하가 은하단 속을 진행할 때 어떻게 변화하는가를 잘 보여주고 있다"고 게릿 셸렌버거 본 대학 교수가 설명한다. '천문학과 천체물리학' 11월호에 발표된 이 논문의 대표저자인 그는 "꼬리의 물질은 수소뿐 아니라, 중원소들도 포함되어 있는데, 여기서 다음 세대의 별들이 태어날 것이다"고 밝혔다. 은하단은 그 엄청난 질량으로 인해 천문학자들에게 초미의 관심사가 되고 있다. 보통 수백 개의 은하들을 아우르고 있는 은하단은 암흑물질과 시공간에 대해 강력한 중력을 행사하는 거대한 우주의 구조물이다. 암흑물질은 빛과 작용하지 않아 우리 눈에는 보이지 않지만, 우주의 모든 물질 중 무려 85%를 차지한다. 은하단의 깊숙한 내부를 들여다보면 개개의 은하들이 어떻게 진화의 과정을 밟고 있는가를 보다 잘 이해할 수 있게 된다. "은하단이란 너무나 거대한 구조물이기 때문에 우리가 우주의 진화를 이해하는 데 결정적인 단서를 가지고 있다"고 말하는 셸렌버거 교수는 "은하단을 알기 위해서는 그 속의 개별 은하들이 시간에 따라 어떻게 변화하는가 하는 문제를 풀어내야 하는데, 이 X-선 꼬리가 중요한 정보를 제공해 줄 것"이라고 기대감을 나타냈다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　

-우주의 진화를 밝혀줄 '단서' 포착 아주 멀리 떨어진 은하단 내에서 한 은하가 초고온의 가스 꼬리를 키우고 있는 광경이 최초로 목격되었다. 이러한 현상은 전례가 없었던 것으로, 은하 내의 극단적인 환경을 연구하는 데 좋은 자료가 될 것으로 보인다고 천문학자들은 밝혔다. 미항공우주국(NASA)의 찬드라 우주망원경이 포착한 X-선 이미지는 이 은하의 꼬리가 우리은하 크기의 2.5배로, 무려 25만 광년에 달하는 것을 보여준다. CGCG254-021 로 불리는 이 은하는 지구에서 7억 광년 떨어진 츠비키 8338 은하단의 깊숙한 곳에 자리잡고 있다. 이 꼬리는 초고온의 성간 가스의 흐름으로, 은하 내의 보다 뜨거운 가스와의 상호작용에 의해 찢겨져나온 것이다. 꼬리를 이루는 가스의 온도는 1천만 도K로 측정된 것에 반해, 츠비키 8338의 은하 내 가스 온도는 그 3배에 이르렀다. 이 같은 꼬리와 은하 간의 온도차는 별을 형성하는 모든 가스가 은하 내에서 고갈되어 버렸음을 시사한다. “은하로부터 이처럼 엄청난 꼬리가 분리되어 나온 것은 은하 내의 가스가 남김없이 빠져나갔다는 것을 말해준다"고 설명하는 토마스 라이프치히 독일 본 대학 교수는 “그 꼬리는 사실상 은하로부터 완전히 분리되었다" 고 밝힌다. 천문학자들은 우리은하 크기의 2배가 넘는 이 손실된 은하 가스는 은하단이 인수하여 별 생성 지역이 될 것으로 보고 있다. 실제로 별들이 형성되는 징후가 약간씩 나타나고 있다고 한다. 꼬리 가스의 다른 특성에 대해서도 연구되었는데, 꼬리의 앞부분(모은하에 가장 근접한 밝은 부분)에 보다 많은 중원소(헬륨보다 무거운 원소)들이 집중되어 있다는 사실도 밝혀졌다. "이 꼬리는 은하단의 역동적인 단면을 보여주는 생생한 본보기로, 은하가 은하단 속을 진행할 때 어떻게 변화하는가를 잘 보여주고 있다"고 게릿 셸렌버거 본 대학 교수가 설명한다. '천문학과 천체물리학' 11월호에 발표된 이 논문의 대표저자인 그는 "꼬리의 물질은 수소뿐 아니라, 중원소들도 포함되어 있는데, 여기서 다음 세대의 별들이 태어날 것이다"고 밝혔다. 은하단은 그 엄청난 질량으로 인해 천문학자들에게 초미의 관심사가 되고 있다. 보통 수백 개의 은하들을 아우르고 있는 은하단은 암흑물질과 시공간에 대해 강력한 중력을 행사하는 거대한 우주의 구조물이다. 암흑물질은 빛과 작용하지 않아 우리 눈에는 보이지 않지만, 우주의 모든 물질 중 무려 85%를 차지한다. 은하단의 깊숙한 내부를 들여다보면 개개의 은하들이 어떻게 진화의 과정을 밟고 있는가를 보다 잘 이해할 수 있게 된다. "은하단이란 너무나 거대한 구조물이기 때문에 우리가 우주의 진화를 이해하는 데 결정적인 단서를 가지고 있다"고 말하는 셸렌버거 교수는 "은하단을 알기 위해서는 그 속의 개별 은하들이 시간에 따라 어떻게 변화하는가 하는 문제를 풀어내야 하는데, 이 X-선 꼬리가 중요한 정보를 제공해 줄 것"이라고 기대감을 나타냈다. 이광식 통신원 joand999@naver.com