미 항공우주국(NASA)은 은하수 연구에 신기원을 열 망원경을 우주로 쏘아올릴 예정이다. 이 망원경은 별의 탄생과 죽음에서 아직까지 풀리지 않고 있는 미스터리를 파헤치고, 어떤 화학원소가 은하를 형성하는지를 규명할 것으로 기대하고 있다. NASA는 19일(현지시간) 우리 은하계를 조사하기 위한 망원경으로 콤프턴 분광계 및 이미저(Compton Spectrometer and Imager;COSI)를 선택했다고 발표했다. NASA의 성명에 따르면, COSI 미션에는 약 1억 4500만 달러(한화 약 1600억원) 비용이 들 것으로 예상되며, 망원경은 2025년에 발사된다. COSI는 별이 폭발할 때 생성되는 방사성 원자의 감마선을 연구하여 은하에서 화학원소가 형성되는 위치를 파악하는 데 도움을 줄 뿐 아니라, 전자와 질량은 같지만 양전하를 띠는 아원자 입자인 양전자를 규명하는 데 새로운 빛을 비출 것으로 기대된다. 이처럼 NASA는 60년 이상 우리가 여전히 답을 찾고 있는 문제를 해결하기 위해 독창적이면서 소규모인 임무를 설계하고 실행해왔다.“COSI는 지구 자체의 형성에 매우 중요한 성분인 우리 은하계의 화학원소의 기원에 대한 질문에 답을 줄 것”이라고 기대하는 임무 관계자는 “발사업체는 추후 선정할 것”이라고 밝혔다.COSI 망원경을 완성하기 위해 수십 년 동안 감마선 관측기술을 개발한 연구원들은 2016년 이 망원경의 한 버전이라 할 수 있는 초과 압력 풍선을 띄워올렸다. 망원경 선택에 앞서 2019년 19개의 제안을 받고, NASA의 천체 물리학 탐험 프로그램을 통해 그중 4개의 제안이 선택되었다. NASA는 패널이 네 가지 제안의 개념을 모두 세밀히 분석한 후 COSI를 선택했다고 밝혔다. 이 프로그램은 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주비행센터에서 관리한다. 한편, NASA는 허블우주망원경의 후계자로 총 100억 달러를 투입한 제임스웹 망원경(JWST)을 12월에 발사할 막바지 준비를 하고 있다. NASA와 유럽우주국(ESA), 캐나다 우주국(CSA)의 공동 프로젝트인 JWST는 지구 상공 540㎞ 저궤도를 공전하는 허블망원경과는 달리 고향 행성에서 약 150만㎞ 떨어진 라그랑주 ‘L2’ 지점으로 향한다. 지구와 달 사이의 거리보다 4배 더 먼 이 지점은 우주에서 중력적으로 안정적인 곳으로 빛의 왜곡이 없다. 또 태양이 항상 지구 뒤에 가려 햇빛의 방해 없이 먼 우주를 볼 수 있으며, 망원경에 설치되는 가림막은 지구와 달에서 반사되는 빛도 막아준다. L2에 주차하는 JWST는 가시광선보다는 적외선 파장에 더 초점을 맞추어 관측할 것이며, 천문학자들에게 우주의 새벽(135억 년 전 최초의 별 탄생)을 보여줄 뿐만 아니라, 주변 외계 행성의 대기에서 생명체의 흔적을 찾는 데 도움을 줄 것이다. 망원경의 주경 지름만 약 6.5m에 달하는 거대한 크기의 JWST는 프랑스령 남미 기아나의 쿠루 마을에 있는 유럽 우주발사장으로 옮겨져 12월 18일 아리안 5 로켓에 얹어져 발사된다.　​

미 항공우주국(NASA)의 허블 우주망원경이 지구로부터 약 8000만 광년 떨어진 한 은하의 ‘폭발적 별 생성’ 과정을 포착했다. 올해 말 임무 종료를 앞둔 이 관측기기가 다시 한번 건재함을 과시한 것이다. 지난 15일 NASA 발표에 따르면, NGC 4666으로 알려진 이 나선은하는 처녀자리 방향으로 약 8000만 광년 떨어져 있으며, 별을 빠르게 생성해 ‘폭발적 항성 생성 은하’(starburst galaxy)로 불린다. NASA는 NGC 4666의 폭발적 항성 생성이 인근 은하 NGC 4668과 몇십억 개의 별로 이뤄진 작은 은하인 왜소은하를 포함해 제멋대로 구는 이웃 은하들과의 중력 상호작용 때문으로 보고 있다. NASA는 또 NGC 4666의 폭발적 항성 생성이 초강풍(superwind)으로 불리는 극단적인 형태의 은하 날씨를 유발하는데 이는 은하의 밝은 중심부에서 우주 방향으로 거대한 가스가 이동하는 것이라고 덧붙였다. 이런 초강풍은 죽어가는 별의 가스와 강력한 초신성 폭발이 만들어내는 바람이다. 지난 10년간 NGC 4666에서 발생한 초신성 폭발은 2014년과 2019년 두 차례라고 NASA는 지적한다. 2019년 초신성 폭발은 태양의 19배 크기였다고 NASA는 덧붙였다. NASA는 NGC 4666에서 불어오는 초강풍의 양이 엄청나게 커 이미지에는 보이지 않지만 몇만 광년에 걸쳐 퍼져 있다는 점에 주목하고 있다. 참고로 우리은하는 NGC 4666와 같이 나선은하로 여겨진다. 나선은하는 중심부에서 뻗어나와 바람개비와 같은 나선 구조를 형성하는 팔을 갖는 특징이 있다. 대부분의 나선은하는 별, 가스, 먼지로 이뤄진 평평하고 회전하는 원반으로 구성돼 있다. 중심에 있는 별들의 무리인 성단은 팽대부로 알려져 있다.한편 허블 망원경은 1990년 4월 발사된 이후 150만 회 이상의 우주 관측을 시행했으며 그 데이터를 바탕으로 1만8000건 이상의 과학논문이 출판됐다. 이 망원경은 국제우주정거장(ISS)보다 약간 높은 고도 약 540㎞의 지구 저궤도에서 시속 약 2만7300㎞의 속도로 지구를 돈다. 망원경의 이름은 1889년 미주리주에서 태어나 우주가 팽창하고 있다는 사실을 발견한 유명한 천문학자 에드윈 허블의 이름을 따서 지어졌다. 지금까지 30년 넘게 임무를 수행해온 허블 망원경은 오는 12월 18일 프랑스령 기아나에서 우주로 발사될 100억달러 규모의 제임스웹 우주망원경으로 대체될 예정이다.

우리은하의 한 백색왜성 주위를 도는 목성 크기의 가스행성이 발견됐다. 이런 죽은 별 주변에서 거대 가스행성이 발견된 사례는 이번이 처음이다. 백색왜성은 태양과 비슷한 질량을 지닌 별(태양의 0.8~8배)이 수소를 다 태운 뒤 바깥 껍질인 외층이 떨어져 나가 행성 모양의 성운인 행성상 성운을 만들고 나머지 중심 부분인 핵은 수축한 뒤 지구 정도 크기의 죽은 별이 되는 진화 마지막 단계를 말한다. 국제 연구진은 미국 하와이 켁천문대의 관측으로 한 백색왜성과 그 주위를 도는 거대 가스행성에 관해 더욱더 자세히 연구할 수 있었다고 밝혔다.연구진은 ‘MOA2010BLG477Lb’로 불리는 이 거대 가스행성이 모성의 죽음에서 살아남을 수 있었고 현재는 이전보다 훨씬 더 가까운 궤도를 돌고 있다는 것을 알아냈다. 우리은하 중심 방향으로 지구에서 약 6500광년 떨어진 이 백색왜성과 그 주위를 도는 이 거대 가스행성은 태양이 약 50억 년 뒤 진화 마지막 단계에 이르렀을 때 목성에 무슨 일이 일어날지를 보여주는 좋은 사례가 될 것이라고 연구진은 설명했다. 이번 연구에서 이 가스행성은 목성의 약 1.4배 크기로, 모성인 백색왜성으로부터 2.8AU(천문단위), 즉 4억1890만 ㎞ 정도 떨어진 곳에 있는 것으로 나타났다. 백색왜성은 매우 밀도가 높은 별이어서 찾기가 매우 어렵다. 따라서 이전까지 백색왜성을 도는 이런 거대 가스행성이 발견된 사례는 단 한 차례도 없었다.이전 여러 연구에서는 이 백색왜성의 주위를 도는 더 작은 천체들이 탐구돼 왔다. 당시 연구진은 적색거성이었던 모성이 백색왜성으로 진화하는 과정에서 파괴된 작은 행성들과 그 잔해 원반에서 궤도를 도는 미행성체들이 살아남을 수 있다는 것을 발견했었다.하지만 이번 연구진이 만들어낸 컴퓨터 시뮬레이션(모의시험)은 이보다 훨씬 큰 행성들도 살아남을 수 있으리라 예측했다. 이에 따르면 목성과 비슷한 궤도에 있는 행성들, 즉 태양의 8배 이하 크기인 그 별 주위에 있는 행성들은 온전하게 남을 가능성이 가장 높다. 연구 주저자인 호주 태즈메이니아대의 조슈와 블랙먼 박사후연구원과 세계 여러 나라의 동료 연구자들은 ‘미세중력렌즈 현상’을 이용해 이전에 발견됐던 이번 행성을 둘러싼 비밀을 파헤쳤다. 이는 지구로부터 정말 먼 거리에서 행성을 발견할 수 있는 유일한 방법이다. 연구진은 이 거대 가스행성이 그 주성이 외층을 벗을 때 남겨진 잔해로부터 형성된 것이 아니라 주성과 동시에 형성됐던 것을 발견했다. 이는 별이 핵으로 수소를 태우는 것을 멈춘 뒤 이 행성이 간신히 살아남았다는 것으로, 이런 행성이 별의 거대화 단계에서 살아남을 수 있다는 증거를 제공한다. 이번 연구는 백색왜성의 절반 이상이 비슷한 동반 행성을 가질 것으로 예측된다는 이론을 뒷받침한다. 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처’ 최신호(10월 14일자)에 실렸다.

머나먼 심연의 우주 속에서 마치 춤을 추는 듯한 두 은하의 모습이 포착됐다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 중력에 의해 서로 얽혀 상호작용하는 두 은하의 모습을 사진으로 공개했다. 허블우주망원경이 포착한 이 은하의 이름은 Arp 91. 지구로부터 약 1억 광년 떨어진 곳에 위치한 Arp 91은 사실 각자 고유의 이름을 갖고있다. 두 은하 중 아래쪽으로 보이는 은하는 NGC 5953, 그리고 위에 위치한 은하는 NGC 5954다. 두 은하 모두 나선은하지만 지구에서보는 시점 때문에 모양이 다르게 보인다. 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 우리은하와 안드로메다가 바로 나선은하다.　 특히 두 은하는 서로의 중력적 영향으로 가스와 먼지를 끌어내 모양도 왜곡되는 상호작용은하다. 사진으로보면 NGC 5953은 한쪽 나선팔을 아래로 뻗은 것처럼 NGC 5954를 잡아당긴다. 두 은하도 영겁의 시간이 지나면 충돌을 거쳐 타원은하와 같은 다른 형태의 은하로 재탄생하게 된다. 　　

기원후 1181년, 중국인과 일본의 천체 관측가에 의해 별이 없던 곳에서 토성만큼 밝은 별이 발견되었는데, 이 별은 6개월 남짓 동안 밤하늘에서 최대 -1등급 밝기로 빛나다가 사라진 것으로 기록되었다. 고대의 기록에서 이 같은 별은 손님별, 곧 ‘객성(客星)’으로 일컬어졌다. 그로부터 900년이 흐른 후, 천문학자들은 마침내 미스터리로 남아 있었던 그 신비한 별의 정체를 밝혀냈다. 1054년 유명한 게 성운을 만들어냈던 초신성 폭발과 같은 현상인 이 사건은 역사적 기록으로 남겨진 된 몇 안 되는 사례 중 하나이지만, 게 성운과는 달리 1181년의 사건은 정확히 파악하기 어려운 미스터리로 남아 있었다. 그러나 역사적 기록은 현대 천문학자들에게 유용한 몇 가지 단서를 남겨주었다. 첫 단서는 시기이다. 이 ‘손님별’은 1181년 8월 6일부터 1182년 2월 6일까지 185일 동안 밤하늘에서 빛을 발했다. 두번째는 하늘에서의 위치이다. 손님별은 중국 별자리 화가이(華盖), 현대의 카시오페이아자리 부근에서 나타났다. 이 '우주 퍼즐 조각'은 연구팀을 고대 섬광의 정체가 무엇인지를 가리켜주었다. 대항성의 폭발이 남긴 이 초신성의 잔해는 바로 Pa30이라고 불리는 성운을 남겼다. 지구와의 거리 약 8500광년이다. 900년 전에 팽창을 시작한 이 성운은 지금도 빠른 팽창을 멈추지 않고 있는데, 새로운 연구에서 홍콩, 영국, 스페인, 헝가리, 프랑스 과학자들은 그 속도를 측정한 결과, Pa30의 먼지와 가스가 지구에서 달까지의 거리(약 38만㎞)를 5분 만에 주파한다는 것을 발견했다. 무려 초속 1270㎞이다. 연구팀은 그 속도를 역산함으로써 성운이 1181년경에 폭발한 초신성의 잔해임이 거의 확실시된다는 결론을 내렸다.연구팀은 Pa30이 희귀한 유형의 초신성으로부터 형성되었음을 발견했다. 이 유형은 초신성의 하위 범주인 Iax형 초신성으로 분류되는데, 이는 중간 밑의 질량을 가진 항성이 핵융합을 끝마치고 마지막으로 도달하는 백석왜성이 폭발한 결과물이다. 영국 맨체스터 대학의 천체 물리학자 앨버트 지욜스트라는 “초신성의 약 10%만이 이러한 유형으로, 아직까지 그 메커니즘이 확실히 밝혀지지 않은 대상”이라면서 “SN1181이 희미했지만 매우 천천히 밝기가 떨어졌다는 점이 이 유형임을 시사한다”고 말했다. 과학자들은 또한 우리은하에서 가장 뜨거운 별 중 하나인 파커 별이 1181년 초신성 폭발을 일으킨 별이 남긴 것으로, 백색왜성으로 알려진 두 별 잔해의 대규모 충돌과 합병의 결과물로 생각하고 있다. 지욜스트라 교수는 “이것은 별과 성운에 대한 자세한 연구가 가능한 유일한 Iax 유형 초신성”이라면서 “역사적 미스터리와 천문학적 미스터리를 모두 풀 수 있는 훌륭한 사례”라고 밝혔다. 이 연구는 ‘아스트로피지컬 저널 레터스’ 9월 15일자(현지시간)에 게재되었다.　

마치 심연의 우주 속에서 별들이 모여 불꽃놀이를 하는듯한 환상적인 성단의 모습이 공개됐다. 지난 10일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경으로 포착한 구상성단 NGC 6717의 이미지를 공개했다. 궁수자리 방향으로 지구에서 약 2만 광년 이상 떨어진 곳에 위치한 NGC 6717은 사진으로 보이듯 중심부에 별들이 중력에 묶여 빽빽이 모여있다. 이처럼 수많은 별들이 공처럼 둥글게 모여있는 것을 구상성단(球狀星團)이라 하는데 우리은하에만 적어도 150개 이상 있을 것으로 추정된다. 아름다운 별들의 집단인 성단은 우주에 떠도는 성운에서 태어난다. 같은 장소에서 비슷한 시기에 태어나는 만큼 별들이 어떤 진화 경로를 밟는가를 연구하는데 좋은 대상이 된다. 성단의 종류에는 산개성단(散開星團)도 있는데 산개성단은 구상성단과 달리 젊고 푸른 별들이 느슨한 구조를 이루고 있다. NASA 측은 "구상성단은 바깥 둘레보다 중심에 더욱 많인 별들이 몰려있는데 NGC 6717이 적절한 예시"라면서 "인구(별) 밀도가 희박한 가장자리와 중심에 있는 별들의 집합이 극명한 대조를 이룬다"고 설명했다.

지구로부터 50광년 떨어진 우주공간에서 발견된 한 별은 차가우면서도 뜨거운 특징을 모두 갖췄다. 언뜻 보기에 모순된 특징을 지닌 이 별은 우연히 발견됐다고 해서 ‘엑시던트’(The Accident)라는 별명까지 붙여졌다. ‘천체물리학저널 레터’(ApJL) 최신호에 실린 연구논문에 따르면, 엑시던트의 연대는 100억 년에서 130억 년 사이로 우리은하가 탄생한 초기 우주에 만들어진 아주 오래된 별로 추정된다.엑시던트는 질량이 작아 경수소를 헬륨으로 핵융합할 수 없어 주계열성이 될 수 없던 천체인 갈색왜성으로 분류된다. 이는 주계열성과 행성의 중간 크기로 그 어느 쪽에도 속하지 않는다. 중수소의 핵융합은 일어나므로 적외선을 방출하지만 오래 가지 못하는 특징이 있다. 다만 엑시던트는 일반 갈색왜성과 전혀 다르다. 지금까지 발견되지 않았던 것도 바로 그 이유 때문이다. 갈색왜성은 또 오래될수록 식어서 빛의 파장마다 밝기가 변한다. 이는 가열한 금속이 식으면서 밝은 흰색에서 빨갛게 되는 것과 비슷하다. 그런데 엑시던트는 어떤 파장에서 매우 차가워 오래된 것처럼 보이지만, 또다른 파장에서는 매우 밝아서 온도가 높은 것처럼 보인다.이런 수수께끼의 항성을 처음으로 포착한 관측장비는 2009년 발사된 미국항공우주국(NASA)의 네오와이즈 우주망원경이고, 발견자는 아마추어 천문학자 댄 캐셀덴 연구원이다. 그는 자체제작 프로그램과 네오와이즈 관측데이터를 이용해 갈색왜성을 찾고 있었다. 우주에는 적외선을 방출하는 천체가 많은데 이들은 대개 지구에서 멀리 떨어져 있고 정지해 있는 것처럼 보인다. 하지만 갈색왜성은 어두운 별이라서 지구 근처에 있는 것밖에 발견되지 않는다. 이 때문에 이동하는 모습도 관측할 수 있다. 캐셀덴의 프로그램은 멀리 있고 움직이지 않는 별을 제외하고 갈색왜성 특징을 갖춘 이동하는 천체를 강조해서 표시하도록 제작돼 있었다. 그렇게 별의 후보를 찾다가도 이미 알려진 갈색왜성의 특징에 맞지 않아 강조되지 않은 엑시던트를 우연히 발견했다는 것이다. 그렇다면 대체 왜 엑시던트는 차가우면서도 뜨거운 것처럼 보일까? 그 비밀을 밝히기 위해 미국 캘리포니아공대의 천체물리학자 데이비 커크패트릭 박사 연구팀은 하와이의 WM 켁 천문대에서 우선 적외선을 관측했다. 하지만 적외선은 너무 어두워서 엑시던트를 관측할 수 없었다. 그래서 엑시던트가 어두운 것은 상상 이상으로 멀리 있기 때문이 아닐까 하는 가설을 세웠지만 그것도 아니었다. 허블 우주망원경과 스피처 우주망원경으로 거리를 측정했더니 50광년밖에 떨어져 있지 않았다. 그 대신 시속 80만㎞라는 고속으로 이동하고 있는 것으로 확인됐다. 같은 거리에 있는 다른 갈색왜성보다 훨씬 빨리 움직이고 있었던 것으로 전해졌다. 그리고 이는 엑시던트가 ‘오랜 시간’ 우리은하를 질주하고 있었다는 점을 시사한다. 그 사이 거대한 천체를 만나 그 중력에 의해 가속해 왔다는 것. 여기서 ‘오랜 시간’은 100억 년에서 130억 년으로, 일반적인 갈색왜성 연대의 두 배나 되는 기간이다. 따라서 엑시던트는 우리은하가 형성된 초기에 탄생한 아주 오래된 별이라는 것이다. 이에 대해 연구팀은 “이처럼 오래된 갈색왜성의 존재 자체는 오래 전부터 예측돼 왔지만, 이와 동시에 극히 드물다는 예측도 있다”면서 “따라서 이번 갈색왜성이 발견된 사례는 행운일지도 모른다”고 설명했다.

수많은 거대질량 블랙홀이 우주를 떠돌 수 있다는 사실이 새로운 모의실험으로 밝혀졌다. 이처럼 떠돌아다니는 거대질량 블랙홀 즉 ‘떠돌이 블랙홀’(Rogue black hole)은 우리은하에서 가까운 곳에 존재하는 거대질량 블랙홀 중에서 무려 10%를 차지할 수 있다는 연구 논문이 발표됐다. 이는 우리은하와 같은 은하에 평균 12개의 보이지 않는 ‘거대 괴수’가 주변을 배회하며 근처의 모든 것을 집어삼킬 수 있다는 것을 뜻한다. 연구진 설명에 따르면, 은하를 둘러싸고 있는 바깥쪽 ‘헤일로’(halo)에 질량이 많을수록 블랙홀의 수가 증가하므로 무거운 헤일로를 가진 은하단에는 굶주린 방랑자들이 훨씬 더 많을 수 있다. 연구진은 “은하단 헤일로에 수천 개의 방황하는 블랙홀이 있을 것으로 예상한다”면서 “천문학자들은 대부분의 은하가 초대질량 블랙홀 주위에 형성된다고 생각한다”고 설명했다.  태양보다 수백만 배 또는 수십억 배나 더 큰 거대질량 블랙홀은 성간 가스, 먼지를 비롯해 별이나 행성 주위를 도는 물질에 대해 닻 같은 역할을 한다. 블랙홀에 가까울수록 물질은 더 빠르게 가열되면서 나선형으로 블랙홀에 빨려들며, 강한 복사를 방출하는 강착원반을 형성한다. 우리가 보이지 않는 블랙홀을 확인할 수 있는 것은 이런 강착원반의 복사 덕분이다. 일반적으로 블랙홀은 은하단에서 서로의 둘레를 공전하는 은하의 중심에 고정된다. 그러나 때로는 은하 충돌과 같은 거대한 힘이 중심의 거대질량 블랙홀을 약화시켜 방랑자처럼 우주를 떠돌게 만들 수 있다. 두 블랙홀의 병합이 중단되는 경우, 둘 중 하나 또는 둘 모두가 중력에서 풀려나 떠돌이 블랙홀이 되기도 한다. 이런 우주 사건이 얼마나 자주 발생하는지 추정하기 위해 천문학자들은 블랙홀이 수십억 년에 걸쳐 궤도가 어떻게 변화하는가를 추적했다. 블랙홀의 행동에 관한 모든 규칙을 설명하기 위해 개발한 ‘로물루스(Romulus) 모의실험’을 실행한 결과, 약 137억 년 전의 빅뱅과 그 후 약 20억 년 사이에 초기 우주의 빈번한 은하 충돌로 인해 은하에 고정된 거대질량 블랙홀 사촌을 능가할 만큼 수많은 떠돌이 블랙홀들을 생산했음을 예측했다. 그 후 우주가 나이를 먹어감에 따라 느슨한 중력으로 묶여 있던 수많은 블랙홀들이 합쳐져서 은하 중심에서 쌍성계를 형성한 후, 다른 거대질량 블랙홀에 의해 다시 포착됐음이 모의실험으로 밝혀졌다. 그러나 많은 블랙홀들은 여전히 자유로운 상태에 머물러 있었다. 연구진은 “로물루스는 수십억 년의 궤도 진화 후에 많은 거대질량 블랙홀 쌍성이 형성되는 반면, 일부 거대질량 블랙홀은 결코 은하 중심에 도달하지 못할 것이라고 예측한다”면서 “결과적으로 로물루스에 의해 우리은하와 비슷한 질량의 은하는 평균 12개의 거대질량 블랙홀을 가지고 있는 것으로 밝혀졌으며, 이들은 대개 은하 중심에서 멀리 떨어진 헤일로를 떠돌아다닌다”고 설명했다. 연구진은 “다음 단계는 보이지 않는 거대 블랙홀의 특징을 알아내는 것”이라며 “언젠가 우리가 그들을 직접 관찰할 수 있게 될 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 ‘영국 왕립천문학회월간보고’(MNRAS) 6월호에 실렸다.

천문학자들이 2019년 인류 최초로 블랙홀의 모습을 촬영한 ‘사건의 지평선 망원경’(EHT)으로 약 1400만 광년 떨어진 은하 한 가운데에 있는 블랙홀 제트의 선명한 이미지를 확보하는데 성공했다. 독일 막스플랑크 전파천문학연구소, 네덜란드 라드바우드대 수학·천체물리·입자물리학연구소, 미국 하버드대 블랙홀연구소, 예일대, 캘리포니아공과대(칼텍)를 포함해 호주, 스페인, 일본, 대만, 이탈리아, 폴란드, 중국, 캐나다, 칠레 등 12개국 29개 연구기관과 ‘사건의 지평선 망원경’(EHT) 국제연구단은 거대 블랙홀을 가지고 있는 것으로 알려진 센타우루스A 은하가 내뿜는 제트를 비롯한 상세한 이미지를 얻는데 성공했다고 밝혔다. 이번 연구결과는 천문학 분야 국제학술지 ‘네이처 천문학’ 7월 20일자에 실렸다. 센타우루스A 은하는 남반구에서 관찰할 수 있는 별자리로, 우리은하에서 약 1400만 광년 떨어져 있는 센타우루스 자리에 있는 특이은하이다. 은하 중심에는 태양의 5500만배에 해당하는 질량을 가진 초대질량블랙홀이 있는 것으로 알려져 있으며 여기서 뿜어져 나오는 상대론적 제트는 X선과 라디오파를 방출한다. 블랙홀과 뿜어내는 제트에 대해 선명하게 관측된 자료가 없기 때문에 센타우루스A 은하 가운데 있는 거대블랙홀이 이전에 촬영된 M87 블랙홀과 다른 거동을 보이는지 등도 명확히 밝혀지지 않은 상태이다. 연구팀은 이 같은 비밀을 밝혀내기 위해 이번 연구에서도 1.3㎜ 파장의 선명한 해상도로 관찰하기 위해 2019년 블랙홀 촬영을 했을 때와 마찬가지로 초장기선 전파간섭측정기술(VLBI)을 활용했다. 전 세계 8개 전파망원경을 연결해 가상의 지구 크기 EHT 망원경을 만들어 관측했다. 또 4개 대륙 9개 전파망원경으로 연결돼 4㎝, 1.3㎝ 두 파장으로 우주를 관찰할 수 있는 ‘호주 활성 은하핵추적 밀리초 간섭계 기술’(TANAMI)도 사용했다. 흔히 블랙홀은 빛조차도 빠져나가기 어려운 것으로 알려져 있지만 실제로는 주변 물질을 빨아들이기도 하고 방출하기도 한다. 특히 거대 블랙홀에서는 블랙홀 극지방을 중심으로 강력한 제트 형태로 고에너지를 내뿜는다. 블랙홀의 제트 현상은 우주에서 가장 신비로운 특성 중 하나이지만 그 발생원리에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 연구팀은 기존의 모든 고해상도 관측촬영과 비교해서도 센타우루스A 은하에서 방출되는 제트를 16배 더 선명한 분해능으로 촬영하는데 성공했다. 이 같은 분해능은 달표면에 떨어져 있는 사과 하나를 구분해낼 수 있을 정도의 수준이다. 관측 결과 센타우루스A 중심에서 방출되는 제트는 중심보다 가장자리가 더 밝게 비추는 것이 확인됐다. 이 같은 현상은 크기가 작은 블랙홀에서는 관측됐지만 거대블랙홀에서도 같은 현상이 관측된 것은 처음이다. 연구를 이끈 독일 막스플랑크 전파천문학연구소 에두아르도 로스 교수는 “이번 발견은 초거대블랙홀에서 나오는 제트가 어떻게 만들어져 배출되는지를 이해할 수 있을 것”이라며 “우주의 신비 중 하나인 블랙홀 제트현상을 이해하고 블랙홀 탄생의 비밀을 파악하는 단초를 마련해줄 것으로 본다라고 설명했다.

'우주의 끝' 문제는 언제나 우리의 지적 호기심을 자극하는 흥미로운 주제이다. 우주 전문 사이트 스페이스닷컴(Space.com) 1일자에 게재된 미국 리치몬드 대학 잭 싱걸 교수의 칼럼을 가공해 소개한다.  우리 머리 바로 위에는 하늘이 있다. 과학자들이 그것을 대기라고 부르기도 한다. 그것은 지구 위로 약 32km 높이까지 뻗어 있다. 대기를 이루며 우리 주위에 떠다니는 것은 분자의 혼합물이다. 아주 작은 공기의 입자들은 우리가 숨을 쉴 때마다 수십억 개의 우리 몸 속으로 흡수된다. 대기층 위로는 우주 공간이 펼쳐져 있다. 대기 성분의 분자가 극히 희박하며, 그 사이에 빈 공간이 많기 때문에 스페이스(Space)라 부른다. 여러분은 혹시 우주여행에 나서 계속 우주 속으로 나아간다면 어떻게 될지 궁금했던 적이 있는가? 과연 무엇을 찾을 수 있을까? 나와 같은 과학자들은 비록 우주로 나가보지 않았지만 그래도 여러분이 보게 될 많은 것들에 대해 설명 할 수가 있다. 하지만 우리가 아직 알지 못하는 것들이 있다. 예를 들어 우주공간이 영원히 계속되는지 등과 같은 문제들이다. 행성, 별, 은하우주여행을 시작할 때 우리는 먼저 낯익은 몇 곳을 알아볼 수 있다. 태양계 행성들이 바로그걱이다. 지구는 태양 궤도를 도는 행성 그룹의 일부이다. 궤도를 도는 천체 무리에는 소행성과 혜성도 섞여 있다. 우리의 태양이 실제로는 평범한 별들 중 하나일 뿐이며, 우리에게 엄청 가까이 있는 때문에 다른 별들보다 더 크고 밝게 보인다는 것을 모르는 사람은 거의 없을 것이다. 태양 다음으로 가장 가까운 별은 프록시마 센타우리란 별인데, 거리가 무려 4.2광년이다.  태양을 출발한 광자, 곧 빛알갱이가 지구에 도착하는 데는 약 8분 걸리지만, 프록시마 센타우리까지 가는 데는 무려 4.2년이 걸린다는 뜻이다. 지구-태양 간 거리의 거의 30만 배로, 미터법으로 따지면 약 40조km나 되는 어마어마한 거리다. 인류가 지금까지 이룩한 최고의 속도는 명왕성을 탐사한 NASA의 뉴호이즌스 호가 기록한 초속 23km이다. 총알의 속도가 약 초속 1km인 것을 생각하면 뉴호라이즌스가 얼마나 빠른 속도로 날아갔는지 실감할 수 있다. 서울-부산 간 거리 450km도 뉴호라이즌스라면 20초 만에 주파한다. 그러니 이 뉴호이즌스도 프록시마 센타우리까지 가는 데 무려 5만 년 이상 걸린다. 왕복 10만 년이다. 가장 가까운 별까지 가는 데만도 이런 엄청난 시간이 걸리는 것이다.  이런 별들이 우리은하에만 해도 약 4000억 개가 있다. 별을 집에 비유한다면 은하는 집으로 가득 찬 도시와 같다고 할 수 있다. 만약 우리가 은하 바깥으로 충분히 멀리 나가서 우리은하를 돌아다본다면 4000억 개의 별들이 모두 한데 엉겨붙은 모습으로 보일 것이다. 최근 천문학자들은 대부분의 별들이 자체 궤도를 도는 행성들을 가지고 있다는 사실을 알게 되었다. 이들 외계행성 중 일부는 지구와 비슷한 환경일 수도 있으며, 따라서 외계 생명체가 서식할 수 있을지도 모른다고 추정하기도 한다. 또한 인간 같은 지성체가 존재하지 말라는 법도 없다. 칼 세이건의 말마따나 이 광대한 우주에 우리 인류만 존재한다면 그것은 너무나 엄청난 공간의 낭비일 것이기 때문이다. 우리가 우주선을 타고 다른 은하계에 도달하려면 수백만 광년 우주공간을 여행해야 한다. 그 공간의 대부분은 거의 완전히 비어 있는 진공상태이며, 다만 과학자들이 '암흑물질'이라고 부르는, 볼 수도 없고 정체도 모를 분자와 입자들만 있을 뿐이다. 천문학자들은 큰 망원경을 사용하여 수백만 개의 은하계를 관측하면서 우주의 모든 방향으로 계속 나아가고 있는 중이다. 우리가 만약 수백만 년에 걸쳐 충분히 오랫동안 볼 수만 있다면, 모든 은하들 사이에 점차 새로운 공간이 늘어나는 것을 볼 수 있을 것이다. 풍선에 많은 점들을 찍어놓은 다음 그것을 크게 부풀리면 풍선의 점들 사이의 간격이 모두 벌어지는 것을 볼 수 있다. 우주가 팽창하고 있는 것을 시각화하려면 이 풍선을 상상해보면 된다. 은하와 은하 사이는 점점 벌어지고 결국 나중에는 우리 시야에 어떤 은하도 보이지 않게 될 것이다. 우주는 끝이 있을까?당신이 원하는 만큼 계속 우주선을 가속해 나아간다면 모든 우주의 은하들을 뒤로 하고 영원히 날아갈 수 있을까? 또는 모든 방향으로 무한한 수의 은하들이 계속 줄지어 나타날까? 그것도 아니라면, 결국 모든 것이 끝나는 지점이 있을까? 끝난다면 어떻게, 무엇으로 끝날까? 이는 과학자들이 아직 명확한 답을 얻지 못한 질문들이다. 대체로 많은 사람들이 사방으로, 영원히 은하들을 지나갈 것이라고 생각한다. 이 경우 우주는 끝도 경계도 없는 무한한 것이다. 그러나 우주는 끝이 있다고 일부 과학들은 주장하기도 한다. 이런 ​반론을 펴는 과학자들에 대해 '뉴욕타임스'는 "우주가 어디선가 끝이 있다고 주장하는 과학자들은 우리에게 그 바깥에 무엇이 있는지 알려줄 의무가 있다"고 전하게도 했다.  일부 과학자들은 우주선이 결국 출발한 그 자리로 돌아올 것이라고 생각한다. 왜냐하면 아인슈타인의 일반상대성 이론에 따르면, 우주에 존재하는 물질이 공간을 휘어지게 만들고, 그래서 우주 전체로 볼 때 우주는 그 자체로 완전히 휘어져 들어오는 닫힌 시스템으로 안팎이 따로 없는 구조이기 때문이라는 것이다. 만약 개미가 이차원 구면인 지구 표면을 기어간다면 그 개미는 영원히 끝에 도달할 수 없으며, 언젠가는 출발한 그 자리로 되돌아오게 된다. 삼차원 우주공간은 이처럼 휘어져 있다는 뜻이다. 이 경우 우주는 무한하지 않다는 뜻이다.  어쨌든 두 경우 모두 우리는 우주의 끝에 도달할 수 없다. 과학자들은 이제 우주에 끝이 있을 것 같지 않다고 생각하고 있다. 그 끝이란 은하가 사라진 지역이나 우주의 끝을 표시하는 일종의 장벽이 있는 지역을 말하는데, 그런 것은 우주에 없다는 뜻이다. 이런 우주를 가리켜 과학자들은 '우주는 유한하나 경계는 없다'고 말한다. 그러나 확실한 것은 아직 아무도 모른다. 이 질문에 대한 답안 작성은 미래 과학자들에게 맡겨진 몫이다.

두 개의 거대한 은하가 충돌해 합병 막바지에 이른 흥미로운 이미지가 공개됐다. 지난 25일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 은하 충돌로 마치 춤사위를 벌이듯 합병의 마지막 단계에 접어든 상호작용 은하인 IC 1623의 모습을 공개했다. 지구에서 약 2억7500만 광년 떨어진 고래자리에 위치한 IC 1623은 하나의 은하처럼 보이지만 사실 두 개의 은하가 영겁의 세월을 거쳐 충돌후 지금과 같은 모습이 됐다. 인간의 머리로는 상상할 수 없는 드넓은 우주에서 거대한 은하가 충돌한다는 것이 이상하게 보일 수 있으나 사실 다른 은하와의 상호작용은 은하의 역사에서 흔한 사건 중 하나다. 대부분의 은하 충돌은 상대적으로 더 큰 은하가 작은 은하를 잡아먹는 형태를 보이는데, 우리은하 역시 과거에 여러 개의 작은 은하들을 잡아먹은 카니발니즘의 전과를 가지고 있다. 특히 우리은하와 안드로메다 은하는 현재 시간당 40만㎞로 접근하고 있어 약 50억년 후 충돌할 것으로 예측되고 있다. NASA에 따르면 IC 1623는 두 개의 은하 중 하나는 상당한 양의 따뜻하고 밀도가 높은 가스를 갖고있어 합병 과정에서 가스 유입으로 강력한 항성폭발 활동이 일어날 것으로 보인다. 이번에 공개된 사진은 허블우주망원경의 광시야 카메라(WFC3)로 촬영돼 적외선·가시광선·자외선 파장까지 담아내 과거보다 훨씬 더 상세한 모습을 보여준다.

천문학자이자 20세기를 대표하는 과학커뮤니케이터였던 칼 세이건은 미국 무인우주탐사선 ‘보이저1호’가 지구를 찍어 보내온 사진을 보고 ‘지구는 창백한 푸른 점’이라고 표현했습니다. 인간 개개인에게는 크기를 가늠할 수 없을 정도로 크게 느껴지는 지구도 광활한 우주에서는 보잘것없는 존재라는 의미입니다. 어쩌다 빛 공해 없는 교외로 나가 밤하늘을 올려다보면 수많은 별들이 쏟아질 듯 박혀 있는 것을 보고 절로 탄성을 지르게 됩니다. 이렇듯 많은 별을 보고 있노라면 분명 우주 어딘가에 인간과 비슷하거나 아니면 더 뛰어난 외계 생명체가 있을 것 같다는 느낌이 강하게 듭니다. 칼 세이건이 19세기 영국 비평가 토머스 칼라일의 글을 인용해 “이 우주에 인간만 있다면 얼마나 엄청난 공간 낭비인가”라고 말한 것도 그런 차원일 것입니다. 사실 외계 지적 생명체 존재 확률을 계산하는 드레이크 방정식에 따르면 우주에 존재 가능한 문명은 적게는 10개에서 수백만개까지로 추정됩니다. ●1715개 별에서 지구를 육안으로 볼 수 있어 이 같은 상황에서 미국 코넬대 칼 세이건 연구소, 천문학과, 뉴욕 국립자연사박물관 천체물리학연구부 공동연구팀은 지구에서 육안으로 별을 바라보듯 약 1715개 별들이 지구를 육안으로 볼 수 있는 위치에 있을 것이라는 연구 결과를 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 6월 24일자에 발표했습니다. 연구팀은 유럽우주국(ESA)의 가이아 위성이 수집한 정보를 활용했습니다. 2013년 12월 발사된 가이아 위성은 우리 은하 항성(별)의 위치, 움직임, 광도, 색깔 등을 관측해 지난해 12월 18억개가 넘는 항성 정보를 담은 우리은하 항성 목록을 공개했습니다. 연구팀은 이 목록 중 태양에서 100파섹(약 326광년) 이내 있는 항성 33만 1312개에 대한 데이터를 분석했습니다. 이전 연구자들은 외계 생명체 존재를 예측할 때 인류보다 월등히 뛰어난 기술을 가진 문명을 갖고 있다는 것을 전제했습니다. 그렇지만 이번 연구팀은 우리와 비슷한 과학기술 수준을 갖고 현재 우리가 사용하고 있는 것과 유사한 수준의 천문 관측도구를 갖고 있다고 가정했습니다. 시간 변화에 따라 별의 위치 변화와 수명 등도 고려했습니다. ●생명체 존재 가능성 높은 별은 7개로 압축 연구팀에 따르면 약 5000년 전 고대 인류문명이 본격적으로 발달하기 시작한 이래로 1715개의 별들이 지구를 볼 수 있는 위치에 있었을 것이라고 합니다. 앞으로 5000년 뒤에도 지구를 볼 수 있는 별은 319개로 줄어들게 되고, 이 가운데 75개는 인간이 만들어 낸 전파가 도달하기에 충분한 100광년 이내에 있는 것으로 확인됐습니다. 여기서 생명체 존재 가능성이나 잠재적 거주 가능성이 있는 별은 29개로 연구팀은 분석했습니다. 특히 생명체 존재 가능성이 높은 별은 7개로 압축됩니다. 대표적인 곳이 지구로부터 39광년 떨어져 있는 ‘트라피스트1’ 항성계입니다. 트라피스트1 항성계에는 7개의 행성이 있는데, 이들 모두 지구와 크기가 비슷한 지구형 행성으로 알려져 있습니다. 이번 연구 성과뿐만 아니라 각종 천문학 연구 결과들을 볼 때마다 겸손한 마음이 생깁니다. 드넓은 우주의 관점에서는 좁쌀보다 작은 점 같은 곳에서 살고 있는 인간들이 만물의 영장이라고 주장하면서 자연을 우습게 알고 파괴하며, 서로 미워하고 싸우는 모습은 정말 헛된 일들이 아닐까요. edmondy@seoul.co.kr

인류가 ‘우주 재앙’을 피하려면 외계 문명과 조약을 맺어야 한다고 미국의 한 저명한 천체물리학자가 주장하고 나섰다. 2017년 태양계 밖에서 온 첫 성간 천체 ‘오무아무아’가 외계 문명의 우주선일 가능성을 제기해 화제를 모았던 아비 로엡 하버드대 교수는 23일 미 과학잡지 사이언티픽 아메리칸의 오피니언을 통해 이같은 주장을 펼쳤다. 로엡 교수는 우주에는 인류보다 훨씬 더 발전한 외계 문명이 존재할 수 있으며 이들 문명은 지구를 비롯한 우리은하를 순식간에 파괴할 수 있을 만큼 진보한 기술을 보유하고 있을지도 모른다고 경고했다.그는 기고문에서 '외계문명이 인류의 입자가속기보다 발전한 장치를 사용해 플랑크 에너지로 전자 충돌을 일으킬 수 있다'고 주장했다. 이는 디토네이션파(충격파)가 폭발 물질을 통해 연소하는 것처럼 진공 에너지 밀도가 열로 변환하는 ‘도메인 월’(domain wall)을 만들어낼 수 있다고 로엡 교수는 덧붙였다. 도메인 월은 우리은하 전체를 빛의 속도로 태울 수 있는 ‘암흑에너지 폭발’(dark energy explosion)로 특징지어질 수 있다. 문제는 이 우주 재앙이 닥치기 전 인류는 어떤 사전 경고도 받지 못한다는 것이 로엡 교수의 주장이다. 왜냐하면 위험을 알리기 위한 어떤 전조 신호도 빛보다 더 빨리 움직일 수 없기 때문이다. 그는 우리는 무엇이 우리를 덮쳤는지 절대 알지 못할 것이라고 덧붙였다. 그렇다면 현재 인류가 할 수 있는 대책은 무엇일까. 이에 대해 로엡 교수는 외계 문명과 접촉했을 때 조약을 맺어야 한다고 제안했다. 이 조약은 1963년 미국과 영국 그리고 소련이 체결했던 핵실험 금지조약과 비슷할 것이라고 로엡 교수는 예상했다.한편 오래 전부터 외계 문명에 주목해온 로엡 교수는 직접 연구한 오무아무아에 관한 연구 결과를 묶어서 소개하는 저서 ‘외계인: 지구 너머 지적 생명체의 첫 번째 징조’(Extraterrestrial: The First Sign of Intelligent Life Beyond Earth)를 최근 출간하기도 했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

과학자들이 우리 은하계에서 기록된 최대 규모의 항성 플레어 중 하나를 발견했다. 플레어는 태양 같은 항성이 돌연 대량의 에너지를 방출하면서 갑자기 밝아졌다 서서히 어두워지는 현상이다. 플레어 중 가장 잘 알려진 플레어는 태양 대기에서 발생하는 태양 플레어이다. 우리 태양에서 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리에서 바깥쪽으로 발사된 플라스마 제트가 포착되었다. 태양계에서 경험한 어떤 것보다 100배 이상 강력한 이 플레어는 과학자들이 태양 복사와 외계 생명체에 대해 기존의 인식을 바꿀지도 모른다. 지구에서 약 4.25 광년 거리에 있는 프록시마 센타우리는 별 중에서도 가장 작고 어두운 적색왜성으로, 주계열성에 속하는 유형의 항성이다. 질량은 태양의 1/8에 불과하며, 그 둘레를 도는 두 개의 외계행성을 가지고 있다. 이 행성 중 하나인 프록시마 센타우리 b는 지구와 비슷한 것으로 간주되며 생명 거주 가능 구역(habitable zone) 내에 있다. 연구원들은 허블우주망원경를 비롯해 아타카마 대형 전파망원경, NASA 외계행성 탐사위성을 포함한 9개의 지상 및 궤도 망원경을 사용하여 2019년 몇 달에 걸쳐 총 40시간 프록시마 센타우리를 면밀히 모니터링했다. 2019년 5월 1일, 연구팀은 7초 동안 주로 자외선 스펙트럼에서 보이는 메가 플레어를 포착했다. 콜로라도 볼더대학 천체 물리학자 메러디스 맥그리거는 “별은 몇 초 동안 자외선 파장에서 볼 때 정상에서 1만4000배 더 밝아졌다”고 밝혔다. 이 플레어의 힘과 방출되는 방사선 유형은 적색왜성에 대해 우리가 알고 있는 상식과 별을 공전하는 행성의 생명 가능성에 관한 인식을 바꿀지도 모른다고 연구원들은 생각하고 있다. 이 같은 항성 플레어는 별의 강한 자기장에 의해 일어나는 현상이다. 다량의 전기로 충전된 가스에 의해 생성되는 자기장이 꼬인 상태에서 갑자기 제자리로 돌아오는 자기재연결(magnetic reconnection)로 짧은 시간에 폭발적으로 엄청난 양의 에너지를 방출하면서 강렬하게 빛나는 현상이다. 마치 손가락으로 고무 밴드를 발사하는 것과 같다. 프록시마 센타우리의 플레어는 태양에서 방출되는 플레어에 비해 매우 강력했으며, 게다가 태양 플레어와는 달리 다른 종류의 방사선을 방출했다. 특히 그것은 ‘밀리미터 복사’로 알려진 자외선과 라디오파의 엄청난 파도를 일으켰다. 맥그리거는 “과거에는 별이 밀리미터 범위에서 플레어를 낼 수 있다는 것을 몰랐기 때문에 밀리미터 플레어를 찾은 것은 이번이 처음”이라고 밝혔다. 이어 “이 발견은 팀이 각각 전자기 스펙트럼의 다른 부분에 초점을 맞춘 다양한 망원경을 사용하여 별을 모니터링했기 때문에 가능했다”면서 “우리가 이런 종류의 항성 플레어를 다양한 파장으로 포착한 것은 이번이 최초”라고 덧붙였다. 새로운 발견은 적색왜성에 의해 방출되는 항성 플레어가 이전에 예상했던 것보다 훨씬 더 폭력적이며, 외계 생명체가 주변에서 발생할 가능성을 크게 떨어뜨릴 수 있음을 시사한다. 프록시마 센타우리가 방출하는 방사선의 유형과 양은 강력한 플레어로 인해 대기가 없을 가능성이 높은 외계행성에서 생명체가 생존하기 어렵게 만들 것으로 연구원들은 보고 있다. 그러나 외계 생명체가 존재하는 것은 불가능하지는 않다. 맥그리거는 “만약 프록시마 센타우리에 가장 가까운 행성에 생명체가 존재한다면 지구상의 어떤 생명체와도 매우 다른 형태일 것”이라면서 “이 행성에 외계인이 존재한다면 아주 힘든 시간을 보낼 것”이라고 설명했다. 연구원들은 이제 우리은하 내 다른 별의 플레어에 초점을 맞추기 위해 다양한 망원경을 사용하기를 희망하고 있다. 맥그리그는 “우리가 이전에 생각하지 못한 다양한 유형의 물리학을 보여주는 특이 플레어가 분명 있을 것”이라고 기대했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　​

허블 우주망원경을 사용하는 과학자들이 이 레전드급 망원경 탄생 31주년을 기념하기 위해 빠르게 타고 있는 놀라운 별 이미지를 공개했다. 용골자리 AG(AG Car)로 불리는 이 별은 용골자리 방향으로 지구로부터 약 2만광년 거리에 있는 항성이다. 우리은하에서 가장 밝은 별의 반열에 속하는 이 별은 밝은 청색변광성(LBV)으로 분류되며, 수천 년 전에 우주로 방출된 거대한 별먼지 껍질로 둘러싸여 있다.  허블 망원경을 공동 운영하는 유럽우주국(ESA)에 따르면, 이 껍질을 이루는 성운은 태양에서 가장 가까운 별인 알파 센타우리까지의 거리에 해당하는 5광년의 크기로 알려져 있다. 그러나 지구에서 매우 멀리 떨어져 있는데다 이 별과 지구 사이에 있는 성간 먼지로 인해 맨눈으로는 볼 수 없다. 겉보기 등급 5.7 ~ 9.0 사이다. 독일 보훔에 있는 루르 대학에서 청색 변광성을 연구하는 커스틴 바이스는 NASA 성명에서 "나는 이런 종류의 별을 연구하는 것을 좋아하는데, 별이 보여주는 불안정성에 매료되었기 때문"이라고 말하며, "그들은 참으로 이상한 일을 하고 있다"고 덧붙였다. 이 이미지에서 수소와 질소 가스는 빨간색으로 빛나는 한편, 파란색은 별이 비추는 필라멘트 먼지 구조를 보여준다. 허블 망원경은 가시광선과 자외선 영역으로 이 별을 관찰했다. 빛나는 청색 변광성에는 두 가지 모드가 있는데, 별의 일생을 지나는 동안 조용히 뻗어나가다가 몇 차례의 거대한 폭발 사이를 널뛰기한다. 이러한 폭발이 일어나는 동안 별은 훨씬 더 밝아진다. 현재 과학자들은 용골자리 AG 별이 태양보다 약 백만 배 더 밝은 것으로 추정한다.ESA 성명에 따르면 폭발은 놀랍게도 별을 하나로 묶는 전술이다. 보통 별 안에서는 중력의 내부 압력과 별의 외부 복사 압력이 균형을 이루지만, 불안정한 별에서는 때때로 하나가 다른 하나보다 우세하다. 용골자리 AG 별의 경우, 외부로 향하는 압력이 잠시 중력을 압도하여 폭발로 물질을 우주로 분출함으로써 다소간 균형을 유지하는 것이다. 거대한 별은 연료가 떨어지기 전까지는 일정 횟수의 그러한 폭발을 견딜 수 있다. 태양보다 약 70배 더 무거운 용골자리 AG 별은 아마도 5백만 년에서 6백만 년 동안 그 상태를 지속할 것으로 추정된다. 짧은 수명(빛나는 청색 변광성의 수명은 수만 년에 불과함)은 이 별들을 상당히 희귀한 존재로 만든다. 과학자들은 우리은하와 인근 은하에서 이런 유형의 별을 수십 개 정도 확인했을 뿐이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

우리은하 중심부에는 태양 질량의 400만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 존재한다. 그 주변으로는 블랙홀의 중력에 이끌려온 많은 별과 가스가 존재한다. 하지만 과학자들은 은하 중심부 근방에서 새로운 별이 생성되기는 어려울 것으로 생각해왔다. 별의 재료가 될 가스는 풍부하지만, 블랙홀에서 나오는 강력한 에너지와 빈번한 초신성 폭발, 그리고 강한 자기장 등 여러 가지 방해 요소가 많기 때문이다. 그러나 최근 일본국립천문대 싱 루가 이끄는 국제 천문학자 팀은 강력한 전파 망원경인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해 과거 생각했던 것보다 많은 별이 은하 중심부에서 생성된다는 증거를 발견했다. 연구팀은 과거 새로 생성되는 별이 거의 없는 것으로 알려진 중심 분자 지대(Central Molecular Zone)를 관측하던 도중 이런 사실을 확인했다. 중심 분자 지대는 천문학적 관점에서 은하 중심 거대 질량 블랙홀 인근인 1000광년 이내에 위치한 거대한 분자 구름으로, 만약 블랙홀에서 충분히 떨어진 위치에 있었다면 내부의 가스가 뭉쳐 수많은 아기 별이 탄생할 조건을 갖추고 있다. 연구팀은 분자 구름 내부에서 생성되는 별이 매우 드물 것으로 예상했다가 800개에 달하는 가스 핵(gas core)를 발견하고 깜짝 놀랐다. 국소적으로 밀도가 높아진 가스가 뭉쳐 가스 핵을 만드는데, 이는 새로운 별이 생성되는 초기 단계이기 때문이다. 더 나아가 연구팀은 두꺼운 가스와 먼지를 뚫고 내부를 관찰할 수 있는 ALMA의 강력한 성능으로 43개의 가스 핵에서 에너지와 물질이 방출되는 확인했다.(사진) 이는 가스 핵이 더 뭉치면서 내부 온도가 상승해 나타나는 현상으로 아기별이 아기 새처럼 껍질을 뚫고 나오는 것에 비유할 수 있다. 다시 말해 새로운 별이 탄생하는 장면을 여럿 목격한 것이다. 연구팀은 이 데이터를 근거로 중심 분자 지대에서 새로운 별이 생성되는 속도가 기존 이론처럼 은하 다른 지역의 10% 수준이 아니라 사실상 비슷하다는 연구 결과를 천체물리학 저널(Astrophysical Journal) 최신호에 발표했다. 이론과 다른 결과가 나온 이유는 모르지만, 여러 가지 악조건 속에서도 아기 별은 꿋꿋하게 태어난다는 이야기다. 그리고 이론적으로 그럴 듯하고 초기 관측 역시 이론과 부합되는 결과가 나와도 과학자는 끊임없는 이론을 검증해야 한다는 교훈을 남기는 이야기이기도 하다. 참고로 ALMA는 칠레의 고산 지대에 설치된 여러 개의 거대 전파 망원경 집합으로 광학 망원경이나 일반 전파 망원경보다 더 긴 파장인 밀리미터/서브밀리미터 파장에서 우주를 관측하고 있다. 파장이 길수록 가스나 먼지를 뚫고 관측하는데 용이하기 때문에 ALMA의 진가는 두꺼운 가스에 가린 천체를 연구할 때 드러난다. 앞으로 비슷한 천체를 연구하는 데 있어 ALMA의 활약을 계속해서 기대할 수 있는 대목이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

은하 중심에는 거대 질량 블랙홀이 존재한다. 우리은하 중심에는 태양 질량의 400만 배에 달하는 거대한 블랙홀이 있으며 심지어 태양 질량의 수십억 배에 달하는 초거대 질량 블랙홀도 존재한다. 이런 거대 질량 블랙홀은 단순히 은하에서 가장 큰 블랙홀이 아니라 은하의 진화에 결정적인 영향을 미치는 중요한 존재다. 특히 과학자들에게는 은하는 물론 우주의 진화를 이해하는 데 매우 중요한 천체라고 할 수 있다. 그런데 거대 질량 블랙홀이 생성 과정은 여전히 베일에 가려 있다. 은하 중심이 은하에서 가장 물질 밀도가 높은 곳이기 때문에 여기에 있는 블랙홀은 쉽게 질량을 모아 금세 초거대 질량 블랙홀로 성장할 수 있을 것 같지만, 태양 질량의 수백 배에 달하는 별이 죽어서 남기는 항성 질량 블랙홀은 의외로 물질을 흡수할 수 있는 범위가 넓지 않다. 많아 봐야 태양 질량의 수십 배 수준인 항성 질량 블랙홀이 서서히 커져 지금 우리가 보는 거대 질량 블랙홀이 되려면 상당한 시간이 필요하다. 그러나 과학자들은 허블 우주망원경을 통해 우주 초기부터 엄청난 속도로 성장하는 거대 질량 블랙홀을 관측했다. 이 모순된 결과를 설명하기 위해 대만 중앙 연구원 산하의 천체 물리학 연구소인 ASIAA(Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics)와 일본 국립 천문대의 과학자들은 새로운 가설을 제시했다. 연구팀이 제시한 대안은 간단하다. 기존 이론으로는 설명할 수 없는 초거대 질량 별이 있었다고 가정하는 것이다. 현재 우주에서 가장 무거운 별이라도 태양 질량의 수백 배는 넘지 않는다. 별의 질량이 커질수록 별이 생성하는 에너지가 기하급수적으로 커지면서 주변으로 물질을 방출하기 때문이다. 그러나 연구팀은 우주 초기에 물질 밀도가 지금보다 훨씬 높았던 시기에 태양 질량의 1만~10만 배에 달하는 초거대 질량 별이 존재할 수 있다고 주장했다. 물론 이런 별은 순식간에 초신성 폭발과 함께 최후를 맞이하게 된다. 그리고 그 후에는 항성 질량 블랙홀보다 훨씬 무겁고 강한 중력을 지닌 블랙홀을 남긴다. 이 가설이 옳다면 우주 초기 은하 중심에 생각보다 더 크고 강력한 블랙홀이 존재하는 이유를 쉽게 설명할 수 있다. 연구팀의 가설이 옳다면 우주 극초반에 지금까지 관측하지 못했던 매우 강력한 초신성 폭발이 존재했을 것이다. 연구팀은 시뮬레이션을 통해 이런 초신성이 지니는 특징을 연구했다. 하지만 이론적으로 예측된 거대 초신성 폭발은 현재 존재하는 망원경으로는 관측할 수 없다. 우주의 먼 과거를 관측하기 위해서는 더 먼 거리를 볼 수 있는 강력한 망원경이 필요하다. 연구팀은 올해 발사 예정인 제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 이 가설을 검증할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

하늘에서 가장 밝고 가장 유명한 별 중 하나인 베가(직녀성)를 공전하는 타는 듯이 뜨거운 행성 후보가 하나 발견되었다.  해당 천체가 과연 외계행성인지는 후속 관찰이나 분석으로 확인해야 하지만, 이 외계행성 후보는 대략 해왕성의 크기이며 베가와의 거리가 매우 가깝다. 행성이 모항성인 베가 주위 궤도를 한 바퀴 도는 데 불과 2.5일(지구 기준)밖에 걸리지 않는다. 이 행성의 표면 온도는 대략 섭씨 2976도 정도라는 계산서가 나왔는데, 이는 모항성과 너무나 가까운 거리에 있기 때문으로 보인다. 해당 천체가 실제로 외계행성으로 판명된다면 그것은 지금껏 발견된 외계행성 중 두 번째로 뜨거운 행성이 될 것이다. 현재 가장 뜨거운 행성인 KELT-9b는 약 4300도로 알려져 있다. 직녀성으로도 불리는 베가는 지구에서 불과 25광년 거리에 있으며, 북반구 하늘에서 상대적으로 높은 고도에 있으므로 이 후보 행성계에 대한 후속 연구가 계속될 것으로 보인다. 과학자들은 이 해왕성 크기의 행성 후보를 확인함과 아울러 거문고자리에 있는 유명한 베가별 주변에 또 다른 행성들이 있는지 탐색할 예정이다. 베가의 외계행성 후보 발견에 대한 새로운 연구의 대표저자 스펜서 허트는 콜로라도 대학의 천문학 학부생으로, 성명에서 “이것은 우리 태양계보다 훨씬 더 큰 거대한 시스템"이라고 전제하면서, "이 시스템 안에 다른 행성이 있을 수 있으며, 그것을 찾아내는 것은 시간 문제일 것으로 보인다"고 덧붙였다. 팀원들은 애리조나에 있는 프레드 로렌스 위플 천문대에서 수집한 약 10년간의 데이터를 검토한 후 이 후보 행성을 발견했다. 그들은 별의 움직임에서 약간의 흔들림을 탐지했는데, 이는 궤도를 도는 행성과의 중력 상호작용 때문인 것으로 판단했다. 천문학자들은 수년 동안 베가 주변에서 행성 탐색 작업을 게속했다. 2013년 연구자들은 베가를 도는 거대한 소행성대가 있다는 증거를 발표하고, 머지않아 행성을 발견할 수 있을 것이라는 희망을 표명했다. 그러나 연구팀은 발견한 행성 후보가 정말 외계행성이지 여부는 올해 10월에 발사될 예정인 미 항공우주국(NASA)의 강력한 차세대 우주망원경 제임스웹이 발사될 때까지 기다려야 할지도 모른다고 덧붙였다. 베가는 너무 밝은 나머지 첨단 천체망원경으로 낮에도 볼 수 있는 만큼 자유로운 관측이 가능하다. 허트와 그의 동료들은 후속 연구에서 후보 행성에서 직접 방출하는 빛을 찾아냄으로써 해당 천체의 존재를 확인하기를 기대하고 있다고 밝혔다. 베가의 행성들과 외계인은 1951년에 발표된 아이작 아시모프의 '파운데이션' 시리즈를 시작으로 '스타트랙: 오리지널 시리즈' 에피소드 '더 케이지'(The Cage: 1965년에 발표되어 1988년 첫 방영)에 이르기까지 여러 시대에 걸쳐 SF 영화나 텔레비전 쇼의 필수 요소가 되어왔으며, 그밖에도 '콘택트'(1997), '바빌론 5'(1993-98) 등 많은 프로그램에 등장한다. 과학과 공상과학에 있어서 베가의 매력은 대부분 지구와의 근접성 때문이다. 25광년이란 우리은하 크기 10만 광년에 비교한다면 정말 지척이다. 북반구의 여름 밤하늘을 올려다보면 은하수를 사이에 두고 견우성 알타이르와 마주보고 있는 베가는 누구라도 쉽게 맨눈으로 발견할 수 있으며, 은하수 위를 나는 백조자리의 데네브와 함께 여름철 대삼각형의 한 꼭짓점을 이루고 있다. 새로운 연구는 3월 2일 '천체물리학' 저널에 발표되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　    

우주는 얼마나 어두울까? 새 연구에서 우주의 밝기가 측정되었다. 연구자들이 우주의 밝기를 측정하는 데는 명왕성과 카이퍼 벨트를 탐사하고 현재 태양계 외곽으로 날아가고 있는 미 항공우주국(NASA) 뉴호라이즌스 호의 관측을 이용했다. 이 연구 결과는 제237차 미국 천문학회의 온라인 회의에 발표되었으며, ‘천체물리학 저널‘에 게재되었다. 미국 국립과학재단(NSF)의 광-적외선천문연구실(NOIRLab) 소속 과학자 토드 라우어 박사와 우주망원경 과학연구소의 마크 포스트맨이 이 연구를 이끈 대표 저자로, “우주는 어둡지만 생각한 만큼 그렇게 어둡지는 않다”고 말했다. 우주는 본질적으로 흑암의 공간이다. 별이 빛나는 공간은 우주에서도 극히 일부로, 지구처럼 밝은 곳은 아주 예외적인 경우이다. 상상력을 발휘하여 우리은하를 떠나 심우주로 나아간다면, 우리 눈에 우주는 어떻게 보일까? 시골의 어둠 속에서 반딧불을 본 적이 있을 것이다. 아무리 큰 은하라 할지라도 광대한 우주 속에서는 작은 반딧불로 보일 뿐이다. 그런 희미한 반딧불이 몇 킬로미터 거리에 하나씩 띄엄띄엄 보이는 캄캄한 망망대해, 그것이 우주의 전형적인 풍경이다. 그럼에도 불구하고 우주가 완전히 검은 건 아니다. 우주는 셀 수 없이 많은 은하와 별들로부터 나온 희미한 빛들로 가득 차 있기 때문이다. 연구에서 사용한 NOIRLab의 과학장비들은 지상 기반의 시설들이지만, 과학자들은 천문학에서 가장 원초적인 질문 '우주는 얼마나 어두운가'의 답을 찾아내기 위해 우주망원경의 데이터를 함께 활용했다. NOIRLab 과학자인 토드 라우어가 이끄는 천문학자 연구팀은 뉴호라이즌스 과학연구팀과 우주망원경과학연구소의 마크 포스트맨과 공동으로 우주의 밝기를 측정하는 과제에 착수했다. 이것은 결국 우주배경복사로 알려진 우주 전체의 빛(COB·Cosmic Optical Background)이 얼마나 되는가를 측정하는 일이다. “우주배경복사는 빅뱅 이후 45만 년 지난 우주에 대해 말해주지만, 우주 전체의 빛(COB)은 그후 생성된 모든 별들이 뿜어낸 빛의 총량을 말한다“고 전제한 포스트맨은 ”그 빛의 총량은 우주에 생성된 은하의 총 갯수와 은하들이 존재한 위치에 의해 결정된다”고 덧붙였다.이 팀 접근 방식의 핵심은 허블 우주망원경이나 지구 또는 내부 태양계 주변에서 작동하는 탐사선에 의존하지 않고, 태양계의 변방을 항행하는 뉴호라이즌스의 망원 카메라를 사용하는 것이었다. 2015년에 명왕성을 근접비행한 후 2019년에 카이퍼 벨트 천체인 아로코스를 스쳐간 뉴호라이즌스는 이제 지구에서 70억㎞ 이상 떨어져 있다. 이 거리의 우주공간은 태양계의 빛공해가 비교적 적어 우주 전체의 빛을 측정하기 좋은 영역이다. 우리가 별을 보기 위해 빛공해가 심한 도심에서 멀리 떨어진 근교로 나가는 것과 같은 이치다. 내부 태양계는 분해된 소행성과 혜성에서 나온 작은 먼지 입자들로 가득 차 있다. 이런 작은 먼지 입자들에 의해 산란된 햇빛은 먼 우주에서 오는 희미한 배경 빛을 완전히 압도한다. 햇빛은 이 입자들을 반사시켜 지상의 관찰자들도 관찰할 수 있는 황도광(zodiacal light)이라 불리는 빛을 만들어낸다. 허블 망원경이 강력하지만, 여전히 빛공해를 겪고 있기 때문에 이러한 관측을 하는 데 적합하지 않다.태양계의 변두리 지역에서 뉴호라이즌스는 우주공간의 본원적인 밝기를 측정하고 우주를 채우고 있는 은하의 수를 추정할 수 있었다. 덕분에 허블 망원경이 볼 수 있는 가장 어두운 하늘보다 약 10배 더 어두운 심우주를 경험할 수 있었다. 연구팀은 은하수의 별빛과 성간 먼지의 반사와 같은 여러 잡광 요소들을 샅샅이 제거하고 측정 값을 수정했다. 그 같은 작업을 한 후에도 계산서에 약간의 빛이 남아 있는 것을 발견했다. 이 여분의 빛의 근원은 불분명하다. 가능성 중 하나는 근처에 탐지되지 않은 왜소은하들이 내는 빛일 수 있다는 것이다. 또 다른 가능성으로는 우리은하를 둘러싸고 있는 별들의 헤일로가 예상보다 밝을 수 있다는 것, 우주 전체에 퍼져 있는 떠돌이 별들 때문일 수도 있다는 점, 또는 이론이 제시하는 것보다 더 희미하고 먼 은하계가 더 많을 수도 있다는 점 등을 꼽을 수 있다. 연구 결과 희미해서 셀 수 없던 은하들이 얼마나 많은가에 대한 상한선이 설정됐는데, 그 이전까지는 약 2조 개의 은하가 있을 것으로 추정했지만 이번 연구에서는 그 수가 수천억 개에 불과한 것으로 조사됐다. 마크 포스트맨은 “이것은 우리가 알아야 할 중요한 숫자”라며 “우리는 확실히 2조 개의 은하에서 나오는 빛을 볼 수 없었다”고 밝혔다. 허블 우주망원경의 딥 필드 관측으로부터 도출된 은하 개수에 대한 초기 추정치는 1000억 개였다. 망원경이 더 발전한다면 이 숫자는 2000억 개 정도로 증가할 것으로 예측된다. 이 연구를 진행한 연구팀은 우주의 은하 90%는 가시광선을 관측하는 허블의 능력을 벗어난다는 결론을 내렸다. 반면 뉴호라이즌스 미션의 측정치에 의존했던 이번 연구에서는 훨씬 적은 수의 추정치를 제시했다. 토드 라우어는 “허블 망원경이 볼 수 있는 모든 은하를 두 배로 늘려보라. 그것을 우리가 보는 것이다. 하지만 그 이상은 없다“고 말한다. 우주의 밝기를 만들고 있는 빛의 근원이 무엇인지, 그에 대한 정확한 답은 NASA의 제임스웹 우주망원경을 통해 얻을 수 있을 것으로 과학자들은 기대하고 있다. 제임스웹의 울트라 딥 필드 관측이 이를 탐지해낼 수 있을지도 모른다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

여행가이자 그림 그리는 세무사로 잘 알려진 박승규 작가가 2021년 봄의 초입, 의미 있는 전시회를 개최한다. 2월 16일부터 3월 14일까지 강원 춘천시 서면 소재 토이로봇관 갤러리툰에서 펼쳐지는 ‘기어코 봄’전이 바로 그것. 이번 전시회는 지난 1년 동안 우리를 힘들게 했던 ‘코로나19’ 극복에 대한 염원을 듬뿍 담고 있다. 박 작가는 “겨울이 가고 봄이 오는 것처럼, 코로나 위기도 다 지나가고 평안한 날들이 오기를 기원하며 이른 봄 희망을 담은 전시회를 개최하게 되었다”면서 전시전 명칭을 ‘기어코 봄’으로 삼은 이유를 설명했다. 박 작가는 ▲갈라파고스 붉은 게 ▲울룰루와 은하 ▲삼각형자리은하의 성운 ▲블랙홀 등 10여 작품을 선보이며, 동반 작가들의 수작들도 함께 전시된다. 그림의 주제가 되고 있는 일련의 은하 성운과 우주의 별들은 우리 지구로부터 2만 6000 광년 떨어져 있는 은하수의 중심부를 스피처(Spitzer) 우주망원경이 찍은 사진을 그린 것이다. 마치 실제 허블망원경 촬영 사진을 보는 듯 한 착각을 불러일으킬 만큼 정교하게 묘사돼 있다.특히 박 작가가 화폭에 담은 삼각형자리은하(Triangulum Galaxy)는 지구로부터 약 270만 광년 떨어진 외부 은하이다. 지름 5만 광년의 나선은하로서 바람개비 은하(Pinwheel Galaxy)라는 별칭을 지니고 있다. 태양계가 속한 우리은하, 안드로메다은하와 함께 국부은하군에서 세 번째로 큰 은하이다. 박 작가는 “평소 우주만물의 생성과 존재, 소멸에 대해 천착하다보니 그 생각이 화폭에 까지 옮겨지게 되었다”며 “인간과 별들의 생성과 소멸의 이치는 다 똑같다. 그 존재론적 가치를 화두로 삼고 강조하고자 붓을 들었다”고 의미를 설명했다. 이번 전시회 출품작 중 ‘갈라파고스 붉은 게’ ‘갈라파고스 골든 비치’ ‘우유니 소금사막 일몰’ 등도 눈에 띄는 작품이다. 과거 찾았던 곳의 독특한 생태와 생명의 존귀함, 그리고 추억을 캔버스에 담아 낸 것이다.한편 이번 전시회는 각계 전문가 4인의 그룹전으로 치러진다. 소설가로도 활동 중인 장안대 법학과 정승재 교수, 의사 이혜영씨, 미술학도 출신의 디자이너 유영신 씨 등이 함께 작품을 선보인다. 굳이 네 사람이 의기투합 한 것은 코로나 거리두기 실천(5명 이상 집합 금지) 차원이기도 하지만 이들이 작가 이은규 선생에게 동문수학을 한 연유다. 스포츠법학 박사인 정 교수는 동계스포츠종목인 ‘스켈레톤’을 주제로 출품했고, 이혜영-유영신 작가는 꽃, 풍경, 인물 등 다양한 테마를 화폭에 담았다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr