가장 정교한 시계 제작자, 달의 수호자, 과학 사기 폭로자, 바이러스 사냥꾼, 기후 기사단…. 과학 저널 ‘네이처’는 ‘올해 과학계를 빛낸 10명’을 선정해 10일 발표했다. 네이처가 선정한 10대 인물은 과학적 성과를 올려 주목받은 인물 이외에도 글로벌 과학 이슈에 영향을 미친 사람들까지 포함됐다. 콩고민주공화국 국립 생의학 연구소 소속 역학자인 ‘바이러스 사냥꾼’ 플라시데 음발라 박사는 콩고에서 치명적인 천연두가 발생하고, 이 바이러스가 국경을 넘어 확산할 수 있다는 것을 정확히 예측하고, 치명적 감염병의 확산을 막기 위해 국제적 차원에서 신속한 대응이 필요하다고 촉구함으로써 공중 보건에 중요한 역할을 해 올해의 인물로 꼽혔다. 가짜 논문으로 과학 데이터베이스를 오염시키는 표절자와 논문 공장 등을 폭로해 과학 출판 분야의 부정행위를 근절하는 운동에 앞장서고 있는 독일 베를린 자유대 동유럽연구소 안나 아발키나 연구원도 올해의 10대 인물로 꼽혔다. 아발키나 연구원은 이런 활동 때문에 러시아 정부의 감시 대상에 오르기도 했다. 중국 칭화대 의대 및 상하이 해군 의과대 소속 후지 쉬 교수는 건강한 사람의 면역세포를 유전자 가위 기술을 이용해 편집한 뒤 환자에게 주입해 자가면역 질환을 치료하는 데 성공해 올해의 인물로 선정됐다. 쉬 교수가 만든 기술은 자가면역질환은 물론 암 치료에도 도움을 줄 것으로 기대되고 있다. 독일 국립 측정 표준연구소의 물리학자 에케하르트 페이크 박사는 토륨 229 원소의 핵 진동이 기반하는 일명 ‘원자핵 시계’의 아이디어를 제시해 주목받았다. 2001년 페이크 박사는 현재 원자시계보다 더 정밀한 원자핵 시계 개념을 제시했다. 핵시계를 만들려는 시도는 있었지만, 번번이 실패했다. 그러다, 지난 11월 미국 콜로라도주립대 연구팀이 이론으로만 가능했던 방사성 토륨 원자를 이용한 초정밀 핵시계를 만드는 데 성공하면서 페이크 박사는 과학계의 주목을 받았다. 중국 항천국 소속 지질학자 리 춘라이 박사는 달과 화성 토양 분석 전문가로 중국의 달 탐사선 창어 6호가 인류 최초로 수집해 지난 6월 지구로 귀환한 달 뒷면 토양 표본을 처음 분석한 연구자로 올해의 인물로 꼽혔다. 구글 딥마인드의 레미 람 연구원은 기존 기후 모델링보다 더 빠르고 정확하게 날씨를 예측할 수 있는 인공지능을 개발한 점에 대해, 웬디 프리드먼 미국 시카고대 교수는 지난 4월 제임스웹 우주망원경(JWST) 관측 데이터로 새로운 허블 상숫값을 계산해 우주 팽창 속도에 대한 오랜 질문을 해결할 수 있을 것으로 기대되면서 올해 10대 인물로 꼽혔다. 한편, 21년 만에 대학원생과 박사후과정 연구원에 대한 최대 규모의 투자를 끌어낸 캐나다 토론토대 박사과정 연구원이자 ‘우리 과학을 지원하자’라는 조직을 이끄는 케이틀린 카라스, 64세 이상 스위스 여성 2000명이 정부를 상대로 소송을 해 기후 변화에 대해 조처하지 않은 것은 명백한 인권 침해라는 판결을 끌어낸 코르델리아 베어 변호사, 학생 주도 혁명 이후 방글라데시 임시 정부 수반이 된 노벨평화상 수상자 무함마드 유누스도 네이처가 선정한 10대 인물에 포함됐다.

우주로 발사된 가장 크고 강력한 망원경인 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 일명 ‘솜브레로 은하’(Sombrero Galaxy)의 모습을 포착했다. 지난 25일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)은 JWST의 중적외선 관측장치(MIRI)로 촬영한 심우주 속에 마치 원반 형태로 떠있는 솜브레로 은하의 모습을 사진으로 공개했다. 지구에서 약 3000만 광년 떨어진 처녀자리에 위치한 솜브레로 은하(M104)는 특유의 둥그런 모습이 멕시코 전통모자인 솜브레로를 닮아 이같은 이름이 붙었다. 약 6도 정도 기울어진 이 모자챙의 너비는 상상하기도 힘들만큼 먼 거리인 약 6만 광년에 달한다. 이 은하의 가장 큰 특징은 주위를 둘러싼 우주 먼지 고리다. 웅장한 이 먼지 고리 속에 수많은 별들이 있을 것으로 예상되는데, 우리은하보다는 최대 4배나 더 느리게 별을 형성하는 것이 특징이다. 또한 솜브레로 은하에는 약 2000개의 구상성단(球狀星團·별들이 중력에 묶여 공처럼 둥글게 모여있는 것)이 있으며 그 가운데 우리 태양의 약 90억배에 달하는 초질량 블랙홀이 자리잡고 있을 것으로 추정된다. 솜브레로 은하는 과거에도 허블우주망원경과 스피처우주망원경의 관측대상이 됐지만 이번 JWST를 통해 그 ‘속살’이 드러났다. 허블우주망원경이 촬영한 솜브레로 은하의 모습을 보면 전체적으로 불투명하고 창백한 원반으로 보이지만 JWST 이미지에서는 중앙에 작고 밝은 핵이 뚜렷하고 바깥쪽 고리에 먼지 덩어리가 확인된다. 이는 두 망원경이 작동하는 파장이 다르기 때문인데. 허블우주망원경은 가시광 이미지로 우리 눈이 보는 파장과 같아 먼지가 많는 은하는 그 안이 보이지 않는다. 반면 JWST는 적외선 관측으로 특화된 망원경인데, 긴 파장의 적외선으로 관측할 경우 먼지 뒤에 숨은 대상까지 뚜렷하게 볼 수 있다. JWST는 지난 2021년 12월 25일 프랑스령 기아나에서 아리안 5호 로켓에 실려 발사됐다. 이후 JWST는 지구-달 거리의 약 4배인 160만㎞를 날아간 끝에 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 L2에 무사히 도착했다. 특히 JWST는 기존 허블우주망원경과는 전혀 다른 형태를 취한 우주망원경이다. 육각형 거울 18개를 벌집의 형태로 이어붙여 만든 주경은 지름이 6.5m로, 2.4m인 허블보다 2배 이상 크며 집광력은 7배가 넘는다. 18개의 육각 거울은 얇은 금을 코팅한 베릴륨으로 만들었다.

우주로 발사된 가장 크고 강력한 망원경인 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 일명 ‘솜브레로 은하’(Sombrero Galaxy)의 모습을 포착했다. 지난 25일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)은 JWST의 중적외선 관측장치(MIRI)로 촬영한 심우주 속에 마치 원반 형태로 떠있는 솜브레로 은하의 모습을 사진으로 공개했다. 지구에서 약 3000만 광년 떨어진 처녀자리에 위치한 솜브레로 은하(M104)는 특유의 둥그런 모습이 멕시코 전통모자인 솜브레로를 닮아 이같은 이름이 붙었다. 약 6도 정도 기울어진 이 모자챙의 너비는 상상하기도 힘들만큼 먼 거리인 약 6만 광년에 달한다. 이 은하의 가장 큰 특징은 주위를 둘러싼 우주 먼지 고리다. 웅장한 이 먼지 고리 속에 수많은 별들이 있을 것으로 예상되는데, 우리은하보다는 최대 4배나 더 느리게 별을 형성하는 것이 특징이다. 또한 솜브레로 은하에는 약 2000개의 구상성단(球狀星團·별들이 중력에 묶여 공처럼 둥글게 모여있는 것)이 있으며 그 가운데 우리 태양의 약 90억배에 달하는 초질량 블랙홀이 자리잡고 있을 것으로 추정된다. 솜브레로 은하는 과거에도 허블우주망원경과 스피처우주망원경의 관측대상이 됐지만 이번 JWST를 통해 그 ‘속살’이 드러났다. 허블우주망원경이 촬영한 솜브레로 은하의 모습을 보면 전체적으로 불투명하고 창백한 원반으로 보이지만 JWST 이미지에서는 중앙에 작고 밝은 핵이 뚜렷하고 바깥쪽 고리에 먼지 덩어리가 확인된다. 이는 두 망원경이 작동하는 파장이 다르기 때문인데. 허블우주망원경은 가시광 이미지로 우리 눈이 보는 파장과 같아 먼지가 많는 은하는 그 안이 보이지 않는다. 반면 JWST는 적외선 관측으로 특화된 망원경인데, 긴 파장의 적외선으로 관측할 경우 먼지 뒤에 숨은 대상까지 뚜렷하게 볼 수 있다. JWST는 지난 2021년 12월 25일 프랑스령 기아나에서 아리안 5호 로켓에 실려 발사됐다. 이후 JWST는 지구-달 거리의 약 4배인 160만㎞를 날아간 끝에 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 L2에 무사히 도착했다. 특히 JWST는 기존 허블우주망원경과는 전혀 다른 형태를 취한 우주망원경이다. 육각형 거울 18개를 벌집의 형태로 이어붙여 만든 주경은 지름이 6.5m로, 2.4m인 허블보다 2배 이상 크며 집광력은 7배가 넘는다. 18개의 육각 거울은 얇은 금을 코팅한 베릴륨으로 만들었다.

태양계의 행성은 두 가지 형태로 나눌 수 있다. 지구형 암석 행성은 태양계 안쪽에 있으며 질량과 크기가 작은 대신 암석으로 이뤄져 있어 밀도가 높다. 반면 목성형 가스 행성은 질량과 크기가 큰 대신 가스가 부피의 대부분을 차지해 밀도는 낮은 편이다. 심지어 토성의 경우 물보다도 밀도가 낮아 튜브처럼 물에 뜰 수 있을 정도다. 과학자들은 우주에 토성보다 밀도가 낮은 솜사탕 행성이나 지구보다 밀도가 훨씬 높은 단단한 암석 행성이 존재한다는 사실을 알아냈다. 그중 일부는 중력으로 압축돼서 쇠로 된 공처럼 밀도가 높다. 최근 일본 우주생물학 센터의 존 리빙스턴이 이끄는 유럽과 일본의 과학자 팀은 지금까지 찾아낸 외계 행성 중 가장 밀도가 높은 행성을 찾아냈다. 지구에서 750광년 떨어진 ‘K2-360b’는 케플러 우주망원경이 2016년 찾아낸 외계 행성으로 공전 주기가 21시간에 불과한 초단주기 슈퍼 지구형 행성이다. 연구팀은 HARPS, HARPS-N 분광기 같은 최신 장비를 통해 케플러 K2-360 외계 행성계를 자세히 조사했다. 연구팀은 관측 결과 K2-360b의 정확한 지름과 질량을 알아냈는데, 지름은 지구의 1.6배, 질량은 지구의 7.7배로 확인됐다. 이 행성은 지름에 비해 질량이 높기 때문에 그 밀도는 지구보다 몇 배 높아 납과 비슷한 11±2g/㎤에 달한다. 연구팀은 K2-360b가 과거 훨씬 컸던 가스 행성의 남은 핵이라고 보고 있다. 해왕성보다 큰 가스 행성이 별에 너무 가까이 다가갔다가 가스가 너무 뜨거워지면서 크게 부풀어 오르고 강력한 항성풍에 의해 이 가스가 모두 날아갔다는 것이다. 남은 무거운 암석 핵은 철의 비율이 48%가 넘는 무거운 금속 위주의 핵으로 자체 중력에 의해 압축되어 밀도가 크게 올라간 것으로 보인다. 거대 가스 행성이 별에 바짝 붙을 정도로 가까이 다가선 이유는 확실치 않지만, 연구팀은 다른 행성의 중력을 가장 가능성 높은 가설로 지목했다. 이번 연구에서 과학자들은 두 번째 외계 행성인 K2-360c를 발견했는데, 공전 주기 9.8일에 지구 질량의 15배 정도 되는 가스 행성으로 슈퍼지구보다는 해왕성 같은 가스 행성으로 추정된다. 아마도 인접한 K2-360c와 다른 밝혀지지 않은 외계 행성의 중력이 K2-360b의 궤도를 안쪽으로 이동시켜 지금과 같은 고밀도 행성을 만든 것으로 추정된다. 우주에는 태양계에서 볼 수 없는 독특한 형태의 행성이 다수 존재한다. 과학자들은 과거에는 그럴 것으로 추정할 수밖에 없었으나 이제는 최신 관측 기술과 연구를 통해 우주의 놀라운 모습들을 이렇게 하나씩 밝혀내고 있다.

현존하는 최대 우주망원경인 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 ‘아인슈타인 지그재그’가 포착됐다. 단일 이미지에 하나의 퀘이사(은하핵)가 여섯 개로 나타난 이미지로, 이 배열은 1915년 알베르트 아인슈타인이 처음 제안한 ‘중력렌즈’ 효과에 의한 것이다. 과학자들은 이 발견이 우주론에서 풀리지 않은 최대 난제를 해결할 것으로 판단하고 있다. J1721+8842로 명명된 이 시스템은 매우 밝은 퀘이사를 가진 두 은하가 넓게 분리되면서도 완벽하게 정렬된 상태로 렌즈화해 구성돼 있다. 이런 사례는 아인슈타인의 중력이론인 일반 상대성 이론에서 예측한 휘어진 시공간 현상을 보여주는 사례이며, J1721+8842 지그재그는 표준 중력렌즈가 갖지 못한 힘을 가지고 있다. ​이 아인슈타인 지그재그는 우주론에서 가장 큰 미스터리로 꼽히는 암흑 에너지의 본질과 허블-르메르트 상수(허블 상수)와 관련이 있다. 암흑 에너지와 허블-르메르트 상수는 팽창하는 우주를 설명하는 데 핵심 요소다. 암흑 에너지는 우주 에너지와 물질 총량의 70% 가까이 차지하면서 팽창을 주도한다고 여겨지지만 정체는 명확하지 않다. 허블 상수 역시 우주 팽창 속도를 측정할 수 있는 속도-거리의 법칙이다. 스탠포드대 소속 우주 연구원인 마틴 밀론은 “이 시스템은 매혹적인 자연 현상일 뿐만 아니라 우주론적 매개변수를 측정하는 데 유용하다”면서 “허블 상수와 암흑 에너지 상태 방정식에 모두 엄격한 제약을 가할 잠재력을 제공한다”고 덧붙였다.​ 중력 렌즈가 만들어낸 링, 십자가, 지그재그일반 상대성 이론은 질량이 있는 물체가 공간과 시간 구조 자체에 곡률(구부러짐)을 발생시키고, 이는 ‘시공간’이라는 단일 4차원 연속체로 통합된다고 설명한다. 물체의 질량이 클수록 시공간에서 발생하는 곡률이 커진다. 중력은 이러한 곡률에서 발생하므로 물체의 질량이 클수록 중력의 영향이 커진다. 중력 렌즈는 배경 광원에서 나온 빛이 지구로 오는 경로에 거대한 렌즈 물체를 지나가면서 곡률에 따라 휘어져 발생한다. 중력 렌즈 주위를 다른 경로로 이동하면서 렌즈 질량에 다양한 거리에서 접근하고 서로 다른 양으로 휘어진다. 즉 같은 배경 광원에서 나온 이 빛이 같은 망원경에 다른 시간에 도착한다는 뜻이다. 따라서 단일 배경 발광체가 단일 이미지의 여러 곳에 나타날 수 있는데, 이러한 물체는 아인슈타인 링, 아인슈타인 십자가, 이번처럼 아인슈타인 지그재그와 같은 배열을 형성할 수 있다. ​사실 ​JWST가 이 현상을 처음 발견한 망원경은 아니다. 초거대 블랙홀 주변의 밝게 빛나는 가스와 먼지로 구성된 렌즈 퀘이사는 2017년 하와이 할리아칼라 천문대에 있는 파노라마 탐사 망원경과 판스타스(Pan-STARRS) 망원경 시스템을 사용한 캐머런 레몬에 포착됐다.​ 일반적으로 단일 은하에서 생성된 중력 렌즈는 정렬에 따라 두 개 또는 네 개의 이미지를 형성한다. 렌즈 퀘이사는 4번 렌즈화했지만, JWST는 높은 감도 덕분에 멀리 떨어진 두 개 퀘이사를 희귀한 여섯 개 이미지로 구성했고, 연구팀은 이를 ‘아인슈타인 지그재그’라고 명명했다. 밀론은 “여러 이미지 중 두 개의 광학 경로가 한쪽 은하를 지나 다른 쪽 은하에 의해 휘어져 지그재그 패턴을 만들었다”고 설명했다. 연구 책임자이자 EPFL 천체물리학 연구소 과학자인 프레데릭 덕스는 과학자들이 중력렌즈를 생성하는 세 개의 다른 천체 사이에 이렇게 완벽한 정렬을 발견한 것은 이번이 처음이라고 밝혔다. 일반적으로 중력렌즈는 두 개의 천체만 포함한다. 예를 들어 렌즈 역할을 하는 은하와 광원 역할을 하는 또 다른 은하가 작동한다. 단일 은하계가 그 자체로 완벽한 렌즈 역할을 하는 경우는 없다. 정렬이 충분하지 않기 때문이다.​ J1721+8842를 만든 은하의 경우 하나는 빛이 지구로 23억년 동안 이동하고, 더 먼 은하는 100억년을 이동할 만큼 매우 멀리 떨어져 있다. 그런데도 두 은하가 완벽에 가까운 정렬을 하면서 약 110억 광년 떨어진 퀘이사 광원에서 나오는 빛을 감지하는 역할을 하고, 전경 은하는 중간 은하계에서 나오는 빛을 렌즈로 처리하면서 ‘아인슈타인 지그재그’를 만들어냈다.​ 덕스는 “이건 드문 일이다. 5만개 렌즈 퀘이사 중 하나가 이런 구성을 가질 것으로 예상하는데, 심지어 우린 렌즈 퀘이사를 300개 정도만 알고 있는 상황에서 이런 발견을 하다니 정말 운이 좋았다”고 감탄했다. 아이슈타인 지그재그의 발견, 우주론 미스터리 풀까연구팀은 이미 허블 상수를 측정하기 위해 J1721+8842의 업데이트된 모델을 연구 중이라고 설명했다. 대부분의 렌즈 퀘이사는 이 목적으로 사용할 수 있지만, 이 퀘이사는 두 개의 다른 렌즈를 가지고 있기 때문에 렌즈 모델을 훨씬 더 잘 제한하고 허블 상수의 불확실성을 더욱 줄일 것으로 연구자들은 보고 있다. 덕스는 “허블 긴장이라고 부르는 것으로 인해 우주론이 잠재적 위기에 처해 있는 시기에 이것은 매우 흥미롭다“고 밝혔다. ​허블 긴장은 아주 초기 우주에서 허블 상수를 측정하고 이 값의 진화를 138억년의 우주 역사를 (최고의 우주론적 모델을 사용해) 추정하면 지역 우주를 관측한 측정 값과 허블 상수를 현재 나이로 측정할 때 값이 동일해야 하지만 두 결과 사이에는 큰 차이가 있다. ​연구팀은 “어느 쪽이든 측정 오류가 있을 수 있으므로 확실한 위기를 선언하기 전에 잠재적 오류를 계속 찾고 측정을 개선해야 한다”고 설명했다. 또한 이 렌즈는 우주의 암흑 에너지 상태 방정식을 제한하는 데 동시에 사용할 수도 있다. 연구팀은 “이것은 매우 흥미로운데, 이 양과 허블 상수는 일반적으로 퇴화해 ‘두 노브를 다른 방향으로 움직여도’ 관측 데이터에 잘 맞출 수 있기 때문이다. 이 시스템을 사용하면 이러한 퇴화를 깨뜨릴 수 있다”고 했다. J1721+8842를 사용해 두 값을 동시에 결정할 수 있는데, 일반적으로는 불가능하다. 연구팀이 조사하려는 두 값을 ‘안전한’ 방식으로 측정해 잠재적인 편향과 오류를 피하기 전에 많은 이론적 작업과 기술적 인프라 개발이 필요하다. JWST는 J1721+8842의 진정한 본질을 아인슈타인 지그재그로 발견하는 데 필수적이었지만 이러한 애매한 배열을 더 많이 찾는 데 가장 적합한 도구는 아닐 수 있다. ​연구팀은 “판스타스와 유클리드 또는 미래의 베라 루빈 천문대(LSST)와 같은 가이아의 하늘 조사는 이 검색에 적합한 도구”라면서 “우리는 렌즈 퀘이사를 계속 찾을 것이다! LSST와 유클리드 미션으로 더 많은 것을 찾을 것으로 기대한다. 또 다른 지그재그를 우연히 발견할지는 운에 달려 있다”고 덧붙였다. ​팀의 연구는 논문 사전 공개 사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 게시됐다.

태양계의 행성은 두 가지 형태로 나눌 수 있다. 지구형 암석 행성은 태양계 안쪽에 있으며 질량과 크기가 작은 대신 암석으로 이뤄져 있어 밀도가 높다. 반면 목성형 가스 행성은 질량과 크기가 큰 대신 가스가 부피의 대부분을 차지해 밀도는 낮은 편이다. 심지어 토성의 경우 물보다도 밀도가 낮아 튜브처럼 물에 뜰 수 있을 정도다. 과학자들은 우주에 토성보다 밀도가 낮은 솜사탕 행성이나 지구보다 밀도가 훨씬 높은 단단한 암석 행성이 존재한다는 사실을 알아냈다. 그중 일부는 중력으로 압축돼서 쇠로 된 공처럼 밀도가 높다. 최근 일본 우주생물학 센터의 존 리빙스턴이 이끄는 유럽과 일본의 과학자 팀은 지금까지 찾아낸 외계 행성 중 가장 밀도가 높은 행성을 찾아냈다. 지구에서 750광년 떨어진 ‘K2-360b’는 케플러 우주망원경이 2016년 찾아낸 외계 행성으로 공전 주기가 21시간에 불과한 초단주기 슈퍼 지구형 행성이다. 연구팀은 HARPS, HARPS-N 분광기 같은 최신 장비를 통해 케플러 K2-360 외계 행성계를 자세히 조사했다. 연구팀은 관측 결과 K2-360b의 정확한 지름과 질량을 알아냈는데, 지름은 지구의 1.6배, 질량은 지구의 7.7배로 확인됐다. 이 행성은 지름에 비해 질량이 높기 때문에 그 밀도는 지구보다 몇 배 높아 납과 비슷한 11±2g/㎤에 달한다. 연구팀은 K2-360b가 과거 훨씬 컸던 가스 행성의 남은 핵이라고 보고 있다. 해왕성보다 큰 가스 행성이 별에 너무 가까이 다가갔다가 가스가 너무 뜨거워지면서 크게 부풀어 오르고 강력한 항성풍에 의해 이 가스가 모두 날아갔다는 것이다. 남은 무거운 암석 핵은 철의 비율이 48%가 넘는 무거운 금속 위주의 핵으로 자체 중력에 의해 압축되어 밀도가 크게 올라간 것으로 보인다. 거대 가스 행성이 별에 바짝 붙을 정도로 가까이 다가선 이유는 확실치 않지만, 연구팀은 다른 행성의 중력을 가장 가능성 높은 가설로 지목했다. 이번 연구에서 과학자들은 두 번째 외계 행성인 K2-360c를 발견했는데, 공전 주기 9.8일에 지구 질량의 15배 정도 되는 가스 행성으로 슈퍼지구보다는 해왕성 같은 가스 행성으로 추정된다. 아마도 인접한 K2-360c와 다른 밝혀지지 않은 외계 행성의 중력이 K2-360b의 궤도를 안쪽으로 이동시켜 지금과 같은 고밀도 행성을 만든 것으로 추정된다. 우주에는 태양계에서 볼 수 없는 독특한 형태의 행성이 다수 존재한다. 과학자들은 과거에는 그럴 것으로 추정할 수밖에 없었으나 이제는 최신 관측 기술과 연구를 통해 우주의 놀라운 모습들을 이렇게 하나씩 밝혀내고 있다.

현존하는 최대 우주망원경인 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 ‘아인슈타인 지그재그’가 포착됐다. 단일 이미지에 하나의 퀘이사(은하핵)가 여섯 개로 나타난 이미지로, 이 배열은 1915년 알베르트 아인슈타인이 처음 제안한 ‘중력렌즈’ 효과에 의한 것이다. 과학자들은 이 발견이 우주론에서 풀리지 않은 최대 난제를 해결할 것으로 판단하고 있다. J1721+8842로 명명된 이 시스템은 매우 밝은 퀘이사를 가진 두 은하가 넓게 분리되면서도 완벽하게 정렬된 상태로 렌즈화해 구성돼 있다. 이런 사례는 아인슈타인의 중력이론인 일반 상대성 이론에서 예측한 휘어진 시공간 현상을 보여주는 사례이며, J1721+8842 지그재그는 표준 중력렌즈가 갖지 못한 힘을 가지고 있다. ​이 아인슈타인 지그재그는 우주론에서 가장 큰 미스터리로 꼽히는 암흑 에너지의 본질과 허블-르메르트 상수(허블 상수)와 관련이 있다. 암흑 에너지와 허블-르메르트 상수는 팽창하는 우주를 설명하는 데 핵심 요소다. 암흑 에너지는 우주 에너지와 물질 총량의 70% 가까이 차지하면서 팽창을 주도한다고 여겨지지만 정체는 명확하지 않다. 허블 상수 역시 우주 팽창 속도를 측정할 수 있는 속도-거리의 법칙이다. 스탠포드대 소속 우주 연구원인 마틴 밀론은 “이 시스템은 매혹적인 자연 현상일 뿐만 아니라 우주론적 매개변수를 측정하는 데 유용하다”면서 “허블 상수와 암흑 에너지 상태 방정식에 모두 엄격한 제약을 가할 잠재력을 제공한다”고 덧붙였다.​ 중력 렌즈가 만들어낸 링, 십자가, 지그재그​일반 상대성 이론은 질량이 있는 물체가 공간과 시간 구조 자체에 곡률(구부러짐)을 발생시키고, 이는 ‘시공간’이라는 단일 4차원 연속체로 통합된다고 설명한다. 물체의 질량이 클수록 시공간에서 발생하는 곡률이 커진다. 중력은 이러한 곡률에서 발생하므로 물체의 질량이 클수록 중력의 영향이 커진다. 중력 렌즈는 배경 광원에서 나온 빛이 지구로 오는 경로에 거대한 렌즈 물체를 지나가면서 곡률에 따라 휘어져 발생한다. 중력 렌즈 주위를 다른 경로로 이동하면서 렌즈 질량에 다양한 거리에서 접근하고 서로 다른 양으로 휘어진다. 즉 같은 배경 광원에서 나온 이 빛이 같은 망원경에 다른 시간에 도착한다는 뜻이다. 따라서 단일 배경 발광체가 단일 이미지의 여러 곳에 나타날 수 있는데, 이러한 물체는 아인슈타인 링, 아인슈타인 십자가, 이번처럼 아인슈타인 지그재그와 같은 배열을 형성할 수 있다. ​사실 ​JWST가 이 현상을 처음 발견한 망원경은 아니다. 초거대 블랙홀 주변의 밝게 빛나는 가스와 먼지로 구성된 렌즈 퀘이사는 2017년 하와이 할리아칼라 천문대에 있는 파노라마 탐사 망원경과 판스타스(Pan-STARRS) 망원경 시스템을 사용한 캐머런 레몬에 포착됐다.​ 일반적으로 단일 은하에서 생성된 중력 렌즈는 정렬에 따라 두 개 또는 네 개의 이미지를 형성한다. 렌즈 퀘이사는 4번 렌즈화했지만, JWST는 높은 감도 덕분에 멀리 떨어진 두 개 퀘이사를 희귀한 여섯 개 이미지로 구성했고, 연구팀은 이를 ‘아인슈타인 지그재그’라고 명명했다. 밀론은 “여러 이미지 중 두 개의 광학 경로가 한쪽 은하를 지나 다른 쪽 은하에 의해 휘어져 지그재그 패턴을 만들었다”고 설명했다. ​연구 책임자이자 EPFL 천체물리학 연구소 과학자인 프레데릭 덕스는 과학자들이 중력렌즈를 생성하는 세 개의 다른 천체 사이에 이렇게 완벽한 정렬을 발견한 것은 이번이 처음이라고 밝혔다. 일반적으로 중력렌즈는 두 개의 천체만 포함한다. 예를 들어 렌즈 역할을 하는 은하와 광원 역할을 하는 또 다른 은하가 작동한다. 단일 은하계가 그 자체로 완벽한 렌즈 역할을 하는 경우는 없다. 정렬이 충분하지 않기 때문이다.​ J1721+8842를 만든 은하의 경우 하나는 빛이 지구로 23억년 동안 이동하고, 더 먼 은하는 100억년을 이동할 만큼 매우 멀리 떨어져 있다. 그런데도 두 은하가 완벽에 가까운 정렬을 하면서 약 110억 광년 떨어진 퀘이사 광원에서 나오는 빛을 감지하는 역할을 하고, 전경 은하는 중간 은하계에서 나오는 빛을 렌즈로 처리하면서 ‘아인슈타인 지그재그’를 만들어냈다.​ 덕스는 “이건 드문 일이다. 5만개 렌즈 퀘이사 중 하나가 이런 구성을 가질 것으로 예상하는데, 심지어 우린 렌즈 퀘이사를 300개 정도만 알고 있는 상황에서 이런 발견을 하다니 정말 운이 좋았다”고 감탄했다. 아이슈타인 지그재그의 발견, 우주론 미스터리 풀까​연구팀은 이미 허블 상수를 측정하기 위해 J1721+8842의 업데이트된 모델을 연구 중이라고 설명했다. 대부분의 렌즈 퀘이사는 이 목적으로 사용할 수 있지만, 이 퀘이사는 두 개의 다른 렌즈를 가지고 있기 때문에 렌즈 모델을 훨씬 더 잘 제한하고 허블 상수의 불확실성을 더욱 줄일 것으로 연구자들은 보고 있다. 덕스는 “허블 긴장이라고 부르는 것으로 인해 우주론이 잠재적 위기에 처해 있는 시기에 이것은 매우 흥미롭다“고 밝혔다. ​허블 긴장은 아주 초기 우주에서 허블 상수를 측정하고 이 값의 진화를 138억년의 우주 역사를 (최고의 우주론적 모델을 사용해) 추정하면 지역 우주를 관측한 측정 값과 허블 상수를 현재 나이로 측정할 때 값이 동일해야 하지만 두 결과 사이에는 큰 차이가 있다. ​연구팀은 “어느 쪽이든 측정 오류가 있을 수 있으므로 확실한 위기를 선언하기 전에 잠재적 오류를 계속 찾고 측정을 개선해야 한다”고 설명했다. 또한 이 렌즈는 우주의 암흑 에너지 상태 방정식을 제한하는 데 동시에 사용할 수도 있다. 연구팀은 “이것은 매우 흥미로운데, 이 양과 허블 상수는 일반적으로 퇴화해 ‘두 노브를 다른 방향으로 움직여도’ 관측 데이터에 잘 맞출 수 있기 때문이다. 이 시스템을 사용하면 이러한 퇴화를 깨뜨릴 수 있다”고 했다. J1721+8842를 사용해 두 값을 동시에 결정할 수 있는데, 일반적으로는 불가능하다. 연구팀이 조사하려는 두 값을 ‘안전한’ 방식으로 측정해 잠재적인 편향과 오류를 피하기 전에 많은 이론적 작업과 기술적 인프라 개발이 필요하다. JWST는 J1721+8842의 진정한 본질을 아인슈타인 지그재그로 발견하는 데 필수적이었지만 이러한 애매한 배열을 더 많이 찾는 데 가장 적합한 도구는 아닐 수 있다. ​연구팀은 “판스타스와 유클리드 또는 미래의 베라 루빈 천문대(LSST)와 같은 가이아의 하늘 조사는 이 검색에 적합한 도구”라면서 “우리는 렌즈 퀘이사를 계속 찾을 것이다! LSST와 유클리드 미션으로 더 많은 것을 찾을 것으로 기대한다. 또 다른 지그재그를 우연히 발견할지는 운에 달려 있다”고 덧붙였다. ​팀의 연구는 논문 사전 공개 사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 게시됐다.

60번째이자 제47대 미국 대통령을 뽑는 선거가 치러지는 오는 11월 5일(현지시간)에 전 세계의 이목이 쏠려 있습니다. 우리도 그렇지만 미국에서는 대선을 앞두고 오프라인뿐 아니라 온라인에서도 치열한 선거 운동이 벌어집니다. 온라인에서는 상대를 비방하는 각종 흑색선전과 혐오 발언이 난무하기도 합니다. 미국 조지워싱턴대 물리학과 연구팀은 선거가 치러지는 때를 전후해 온라인에서 증오 콘텐츠가 증가하고, 텔레그램처럼 규제가 덜한 소셜미디어(SNS) 플랫폼들이 증오 콘텐츠의 숙주가 된다고 30일 밝혔습니다. 이 연구 결과는 복잡계 과학 분야 국제 학술지 ‘npj 복잡성’ 10월 29일자에 실렸습니다. 연구팀은 ‘온라인 망원경’ 기술을 개발했습니다. 허블 우주망원경이나 제임스 웹 우주망원경이 우주 천체를 샅샅이 관측하는 것처럼 온라인 망원경은 온라인이라는 우주 속에서 연구자가 원하는 콘텐츠를 찾아 매핑하는 기술입니다. 연구팀은 온라인 망원경 기술로 민주당 조 바이든과 공화당 도널드 트럼프가 맞붙은 2020년 미국 대선 당시 SNS 약 5000만 개의 계정을 분석했습니다. 그 결과 2020년 미 대선 당시 극우 음모론과 일치하는 이민, 민족, 반유대주의와 같은 특정 이슈에 대한 혐오 콘텐츠가 급증해 활발히 유통된 것으로 나타났습니다. 특히 2020년 11월 7일 대선 이후 바이든이 당선자로 선언된 뒤 이 세 가지 주제에 대한 증오 발언이 온라인상에서 많이 증가한 것으로 확인됐습니다. 트럼프 지지자들이 연방 의회 의사당에 난입해 점거한 사건이 벌어진 2021년 1월 6일 이후에는 반이민 콘텐츠가 급증한 것으로 조사됐습니다. 연구팀에 따르면 다양한 플랫폼이 혐오 콘텐츠를 확산하는 데 서로 다른 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 그중에서도 텔레그램이 혐오 커뮤니티 간 소통과 조율의 중심 플랫폼 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 그래서 페이스북, 트위터, 틱톡 같은 플랫폼에만 초점을 맞춰서는 혐오 표현 확산을 차단하기 어렵다고 연구팀은 지적했습니다. 연구를 이끈 닐 존슨(복잡계 데이터과학) 교수는 “정치는 잠재적으로 위험한 증오 발언의 촉매제가 될 수 있는데 증오 발언이 인터넷과 결합하면 매우 빠르고 넓게 확산할 수 있다”며 “언론의 자유와 혐오 발언의 자유는 명백히 다르다”고 말했습니다.

그동안 몰랐던 별의별 우주 이야기 김정욱 지음/광문각출판미디어/240쪽/1만 6000원 지구는 이미 개발 포화상태다. 그래서 미국과 러시아, 중국, 인도 등은 일찌감치 ‘블루오션’ 우주의 가치에 눈을 뜨고 그 공간을 개척하고 있다. 우리나라도 본격적으로 우주 개발에 뛰어들고 있다. 우주에 관한 이야기를 어린이부터 어른까지 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 풀어낸 책이 나왔다. 책은 우주를 탐구하기 위한 인류의 지식인 천문학부터 시작해 여전히 베일에 가려져 있는 태양계, 과학자들의 관심이 쏠리는 목성과 토성의 위성들, 달 등에 대해 꼭 알아야 할 내용을 정리했다. 이어 지구와 우주의 나이를 측정하는 등 각종 지식, 우주를 탐구하기 위해 인류가 만들어 낸 우주선과 우주망원경 등에 대해서도 소개한다. 이 밖에 외계 생명체와 UFO, 인류의 기원 등에 대한 재밌는 이야기를 엮었다. “우리가 사는 이 지구는 우주에 속해 있지만, 인류가 알아낸 우주는 극히 일부분”이라고 밝힌 저자는 “앞으로 우주에 관해 연구하고 탐구해야 할 게 무궁무진하다. 독자들이 우주에 대한 궁금증을 한 가지라도 풀길 바란다”고 밝혔다.

현대 천체물리학에 따르면 태초의 우주는 엄청나게 작지만, 밀도가 크고 뜨거운 상태였는데 어느 순간 ‘쾅’(bang)하고 폭발하면서 현재와 같은 엄청나게 큰 우주가 됐다는 것이 ‘빅뱅 우주론’이 정설이다. 영국, 미국, 독일, 스페인, 호주, 이탈리아, 프랑스 7개국 21개 대학과 연구기관 과학자로 구성된 국제 공동 연구팀은 빅뱅 이후 7억 년 만에 원시 우주에서 은하계 안쪽에서 바깥으로(인사이드 아웃) 성장하는 은하를 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 관찰했다고 13일 밝혔다. 영국 케임브리지대 우주학 연구소, 캐번디시 연구소, 런던대(UCL), 옥스퍼드대, 하트퍼드셔대, 미국 하버드-스미스소니언 천체물리학 연구센터, 콜로라도 볼더대, 캘리포니아 산타크루즈대(UCSC), 스탠퍼드대 입자 천체물리학 및 우주학 연구소, 애리조나대, 텍사스 오스틴대, 존스홉킨스대, 우주 망원경 과학 연구소, 위스콘신 메디슨대, 국립 광적외선 천문학 연구소, 독일 유럽 남방 천문대(ESO), 막스 플랑크 천문학 연구소, 스페인 천체생물학 연구센터(CAB), 호주 멜버른대, 전(全)우주 3차원 천체물리 연구센터(ASTRO 3D), 이탈리아 피사 고등사범학교, 프랑스 소르본대 천문학자와 물리학자 등이 참여했다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘네이처 천문학’ 10월 11일 자에 실렸다. 현재 관측되는 은하는 가스를 비롯한 우주 물질을 끌어들이거나, 더 작은 은하와 통합하면서 성장하는 2가지 메커니즘으로 성장하는 것으로 알려졌다. 그런데 초기 우주에서도 이런 방법으로 은하가 확장됐는지에 대해서는 명확한 설명을 내놓지 못하고 있다. JWST는 이런 초기 우주의 성장 과정을 밝혀내기 위한 임무도 수행하고 있다. 이번에 관측한 은하는 우리은하보다 100배나 작은 크기지만 초기 우주에서는 놀랍도록 성숙한 상태였다. 마치 큰 도시처럼 은하 중심에는 별(항성)이 밀집해 있지만 외부로 갈수록 밀도가 낮아지는 것이 확인됐다. 도시가 안에서 바깥으로 확장해 나가는 것처럼 이 은하 역시 안쪽에서 바깥쪽으로 뻗어나고 있음이 관찰됐다. 연구팀은 가스 방출, 우주먼지 흡수를 포함한 성장 모델링을 사용한 결과, 은하 중심에서 가장 오래된 별을 발견할 수 있었으며 주변 원반 구성 요소에서 매우 활발하게 별이 형성되고 있음을 확인했다. 이번 은하 주변에는 대략 1000만 년마다 별의 질량이 두 배씩 늘어나는 것으로 나타났다. 우리은하의 경우는 1000억 년마다 질량이 두 배로 증가하는 것과 비교한다면 매우 빠른 속도다. 연구팀에 따르면 이번에 관측된 은하는 안쪽에서 바깥쪽으로 확장, 성장하는 은하의 보기 드문 사례다. 이와 유사한 은하를 연구함으로써 가스 구름에서 오늘날 우리가 흔히 볼 수 있는 복잡한 구조의 은하로 어떻게 변화됐는지를 이해할 수 있을 것으로 기대한다. 연구를 이끈 샌드로 타첼라 영국 케임브리지대 교수(천체물리학)는 “은하가 우주적 시간 동안 어떻게 진화해왔는지는 천체물리학에서 매우 중요한 질문”이라며 “JWST 덕분에 우주 역사 초기 첫 10억 년을 탐구할 수 있게 됐다”고 말했다. 타첼라 교수는 “은하가 성장하고 별의 형성이 증가함에 따라 피겨 스케이팅 선수가 팔을 모으면서 회전속도를 높이는 것처럼 은하도 비슷한 방식으로 더 멀리서 가스를 끌어들이며 회전 속도가 증가해 나선형 또는 디스크 모양을 형성하는 것”이라고 덧붙였다.

제임스웹 우주망원경(JWST)이 많은 수증기를 지닌 외계 행성을 처음으로 관측했다. 13일 미국천문학회(AAS)가 지난 4일 발간하는 ‘천체물리학 저널 레터’에 따르면 ​지구에서 약 100광년 떨어진 이 외계 행성은 두꺼운 증기로 둘러싸여 있다. ‘GJ 9827 d’로 명명된 이 행성은 크기는 지구의 약 2배이며, 질량은 3배 더 무겁다. 대부분이 수증기로 구성된 대기를 가지고 있다. ​몬트리올 대학 트로티에 외계행성연구소의 캐롤라인 피올레-고라예브가 이끄는 연구팀은 ‘투과 분광법’이라는 기술을 사용하여 ‘GJ 9827 d’의 증기적 특성을 발견했다. ​투과 분광법은 원소와 이를 구성하는 화학물질이 특징적인 전자기파에서 빛을 흡수하고 방출한다는 사실에 기초하고 있다. 별에서 나오는 빛이 행성의 대기를 통과할 때, 그 대기의 원소는 특정 파장을 흡수해 빛 스펙트럼에 ‘갭’을 남긴다. 이러한 갭은 그 대기의 특정 원소와 분자의 ‘지문’이다. 피올레-고라예브 연구팀은 ​“GJ 9827 d는 태양계의 지구형 행성과 같이 무거운 분자가 풍부한 대기를 감지한 최초의 행성”이라면서 “이것은 엄청난 진전”이라고 강조했다. 또 위스콘신-매디슨 대학에 재학 중인 연구원인 에샨 라울은 성명을 통해 ​“이런 외계행성을 보는 것은 처음”이라면서 “이 행성은 대부분 뜨거운 수증기로 구성되어 있는 것으로 보이므로 ‘증기 세계’라고 부른다”고 말했다. 천문학자들은 ‘GJ 9827 d’와 같은 ‘증기 세계’가 존재할 수 있다고 오랫동안 추측해왔지만, 이같은 외계행성이 관찰된 것은 이번이 처음이다. 이 행성에는 생명체가 살 수 있을 가능성이 아주 낮지만 지구와 해왕성 크기 사이의 다른 거주 가능한 작은 외계행성을 연구하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 천문학자들은 보고 있다. ‘​GJ 9827 d’는 2017년 케플러 우주망원경에 의해 처음 발견되었다. 이 외계행성은 모항성 ‘GJ 9827’에서 840만㎞ 떨어져 있다. 이는 지구와 달 거리의 약 22배, 지구와 태양 사이 거리의 6% 수준이다. 이러한 근접성으로 인해 ‘GJ 9827 d’는 지구 기준으로 6일 만에 궤도를 완료한다. 이 별 주변에서 발견된 3개의 알려진 외계행성 중 세 번째다.​ 지난해 허블 우주망원경은 ‘GJ 9827 d’의 대기에서 수증기의 첫 단서를 발견했다. JWST와 근적외선 이미저 및 슬릿리스 분광기(NIRISS) 기기의 민감성 덕분에 연구팀은 이 외계행성이 수증기의 흔적만 있는 것이 아니라, 은유적으로 수증기에 잠겨 있다는 사실을 알아낼 수 있었다.​ 연구팀은 ‘GJ 9827 d’와 같은 세계가 더 많이 발견될 것으로 보고 있으며, 이는 증기 행성과 물의 세계가 매우 흔해질 수 있음을 시사하는 것으로 보고 있다.​

마치 우주의 보석상자가 활짝 열린 것처럼 화려하게 빛나는 성단의 모습이 포착됐다. 최근 유럽우주국(ESA)은 제임스 웹 우주망원경이 촬영한 초성단 ‘웨스터룬드 1’(Westerlund 1)의 모습을 사진으로 공개했다. 지구와 비교적 가까운 1만 2000광년 떨어진 곳에 위치한 웨스터룬드 1은 수많은 별들이 빼곡히 들어찬 그야말로 별들의 고향이다. 이 지역은 우리 태양 질량의 5만배~10만배에 달하는 거대한 별들로 구성되어 있는데 그 종류도 다양하다. 대표선수로 O형 항성으로 태어나 진화 마지막 단계에 있는 울프-레이에 별(Wolf-Rayet stars), 태양보다 100만배는 밝은 황색 극대거성(yellow hypergiants), 태양보다 수백 배는 큰 적색 초거성(Red supergiant), 우리은하에서 가장 밝은 별의 반열에 속하는 ‘밝은 청색변광성’(luminous blue variable) 등등이다. 그러나 이렇게 화려하게 다양한 별들이 모여있지만 그 수명은 비교적 짧다. 전문가들은 웨스터룬드 1 성단의 나이가 약 350~500만 년에 불과하다고 분석하는데 이는 우주적 관점에서 보면 그야말로 핏덩어리다. 다만 전문가들에게 있어서 웨스터룬드 1은 거대한 별이 어떻게 형성되고 진화해 죽어가는지 생생히 볼 수 있는 소중한 자료이기도 하다. 한편 135억년 전 빅뱅 직후 우주의 모습을 보고픈 인류의 꿈이 녹아 든 제임스 웹 망원경은 지난 2021년 12월 25일 프랑스령 기아나에서 아리안 5호 로켓에 실려 발사됐다. 이후 제임스 웹 망원경은 지구-달 거리의 약 4배인 160만㎞를 날아간 끝에 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 L2에 무사히 도착했다. 특히 제임스 웹 망원경은 기존 허블우주망원경과는 전혀 다른 형태를 취한 우주망원경이다. 육각형 거울 18개를 벌집의 형태로 이어붙여 만든 주경은 지름이 6.5m로, 2.4m인 허블보다 2배 이상 크며 집광력은 7배가 넘는다. 18개의 육각 거울은 얇은 금을 코팅한 베릴륨으로 만들었다. 또한 제임스 웹 망원경은 적외선 관측으로 특화된 망원경인데, 긴 파장의 적외선으로 관측할 경우 우주의 먼지 뒤에 숨은 대상까지 뚜렷하게 볼 수 있다. 이런 특징을 종합하면 제임스 웹 우주망원경의 관측 능력은 허블 망원경보다 100배 클 것으로 평가된다.

마치 우주의 보석상자가 활짝 열린 것처럼 화려하게 빛나는 성단의 모습이 포착됐다. 최근 유럽우주국(ESA)은 제임스 웹 우주망원경이 촬영한 초성단 ‘웨스터룬드 1’(Westerlund 1)의 모습을 사진으로 공개했다. 지구와 비교적 가까운 1만 2000광년 떨어진 곳에 위치한 웨스터룬드 1은 수많은 별들이 빼곡히 들어찬 그야말로 별들의 고향이다. 이 지역은 우리 태양 질량의 5만배~10만배에 달하는 거대한 별들로 구성되어 있는데 그 종류도 다양하다. 대표선수로 O형 항성으로 태어나 진화 마지막 단계에 있는 울프-레이에 별(Wolf-Rayet stars), 태양보다 100만배는 밝은 황색 극대거성(yellow hypergiants), 태양보다 수백 배는 큰 적색 초거성(Red supergiant), 우리은하에서 가장 밝은 별의 반열에 속하는 ‘밝은 청색변광성’(luminous blue variable) 등등이다. 그러나 이렇게 화려하게 다양한 별들이 모여있지만 그 수명은 비교적 짧다. 전문가들은 웨스터룬드 1 성단의 나이가 약 350~500만 년에 불과하다고 분석하는데 이는 우주적 관점에서 보면 그야말로 핏덩어리다. 다만 전문가들에게 있어서 웨스터룬드 1은 거대한 별이 어떻게 형성되고 진화해 죽어가는지 생생히 볼 수 있는 소중한 자료이기도 하다. 한편 135억년 전 빅뱅 직후 우주의 모습을 보고픈 인류의 꿈이 녹아 든 제임스 웹 망원경은 지난 2021년 12월 25일 프랑스령 기아나에서 아리안 5호 로켓에 실려 발사됐다. 이후 제임스 웹 망원경은 지구-달 거리의 약 4배인 160만㎞를 날아간 끝에 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 L2에 무사히 도착했다. 특히 제임스 웹 망원경은 기존 허블우주망원경과는 전혀 다른 형태를 취한 우주망원경이다. 육각형 거울 18개를 벌집의 형태로 이어붙여 만든 주경은 지름이 6.5m로, 2.4m인 허블보다 2배 이상 크며 집광력은 7배가 넘는다. 18개의 육각 거울은 얇은 금을 코팅한 베릴륨으로 만들었다. 또한 제임스 웹 망원경은 적외선 관측으로 특화된 망원경인데, 긴 파장의 적외선으로 관측할 경우 우주의 먼지 뒤에 숨은 대상까지 뚜렷하게 볼 수 있다. 이런 특징을 종합하면 제임스 웹 우주망원경의 관측 능력은 허블 망원경보다 100배 클 것으로 평가된다.

2006년까지 과학 시간에 태양계 행성이라고 하면 ‘수금지화목토천해명’으로 배웠다. 그렇지만, 2006년 8월 24일 국제천문연맹(IAU)은 태양계 막내 행성인 명왕성에서 행성 자격을 박탈하고, 왜소행성으로 구분했다. 명왕성은 5개의 위성을 갖고 있으며, 그중 가장 큰 위성은 ‘카론’이다. 명왕성이 행성 자격은 잃었지만, 태양계 생성의 다양한 비밀을 품고 있는 천체이기 때문에 과학자들에게 여전히 관심의 대상이 되고 있다. 이런 가운데, 미국과 프랑스 15개 대학과 연구기관 소속 천문학자, 물리학자 등이 참여한 국제 공동 연구팀은 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 관측 데이터를 바탕으로 명왕성의 가장 큰 위성인 카론 표면에서 이산화탄소(CO2)와 과산화수소(H2O2)를 검출했다고 6일 밝혔다. 이 연구에는 미국 콜로라도 볼더 사우스웨스트 연구소, 텍사스 샌안토니오 사우스웨스트 연구소, 샌안토니오 텍사스대, 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행 센터, 아메리칸대, 우주망원경 과학연구소(STSI), 애리조나 로웰 천문대, 노던 애리조나대, 존스홉킨스대 응용물리학 연구소, 핀헤드 연구소, SETI 연구소, 센트럴 플로리다대 우주연구소, 천문학 연구 연합대학, 프랑스 우주천체물리 연구소, 리옹 1대 과학자들이 참여했다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 10월 2일 자에 실렸다. 카론은 1978년 미국 워싱턴DC에 있는 미 해군 천문대의 천문학자 제임스 크리스티에 의해 발견됐다. 발견 이후 과학자들이 광범위하게 연구했지만, 이전 스펙트럼 데이터는 2.5㎛(마이크로미터) 이하 파장으로 제한돼 있어서 표면 구성에 대한 이해에 한계가 있었다. 물이 언 얼음, 암모니아 포함 화합물, 유기 화합물의 존재는 이전에도 알려졌지만, 그 외의 화합물을 검출하기는 스펙트럼 범위가 좁았다. 연구팀은 JWST 근적외선 분광기를 사용해서 1.0~5.2㎛ 파장에서 카론 표면을 관측했다. 연구팀은 서로 다른 경도에서 네 번 더 관측하고, 실험실 실험 및 스펙트럼 모델링을 실시했다. 그 결과, 결정형 물 얼음과 암모니아 존재를 재확인했고, 이산화탄소와 과산화수소의 존재를 확인했다. 연구팀에 따르면 과산화수소는 카론 표면에서 방사선과 강한 햇빛으로 물 얼음이 활성적으로 처리되면서 만들어지고, 이산화탄소는 카론 형성 이후 지하에 포집돼 있던 것이 혜성이나 소행성 같은 천체와 충돌하면서 표면으로 노출된 것이다. 연구를 이끈 콜로라도 볼더 사우스웨스트 연구소의 실비아 프로토파파 박사(천문학)는 “이번 연구는 카론의 표면 구성과 화학적 조성에 대한 새로운 통찰을 제공한다”라며 “외측 태양계(outer solar system)의 천체 역학과 표면 구성, 태양 복사의 영향을 탐구하는 데도 도움을 줄 것”이라고 말했다. 프로토파파 박사는 “카론의 표면 조성 화합물을 이해하는 것은 명왕성과 다른 왜소 행성이 위치한 카이퍼 벨트에서 얼음 천체의 기원을 연구하는 데 매우 중요하다”라고 이번 연구 의미를 설명했다.

제임스 웹 우주 망원경의 관측을 통해 과학자들은 태양계 왜소 행성 명왕성의 가장 큰 위성 ‘카론’(Charon)의 구성과 진화에 대해 더 자세히 이해할 수 있게 됐다. 로이터통신에 따르면 제임스 웹 우주망원경을 통해 직경 약 1200㎞의 구형 천체인 카론의 표면에서 고체로 얼어붙은 이산화탄소와 과산화수소를 처음으로 발견했다고 1일(현지시간) 연구자들이 밝혔다. 이는 이전에 카론의 표면에서 발견된 물 얼음, 암모니아 함유 화합물, 유기 물질에 이어 추가로 발견된 물질이다. 1978년에 발견된 카론은 태양계에서 가장 큰 위성이라는 특징이 있다. 가장 먼 행성인 해왕성 너머 카이퍼 벨트라고 불리는 태양계 외곽의 혹독한 지역에 있는 왜소 행성인 명왕성의 지름 절반, 질량의 약 8분의 1에 불과하다. 카론과 명왕성 사이의 거리는 약 1만 9640㎞로, 지구와 달 사이가 평균 거리(38만 4400㎞)와 비교하면 매우 짧다. 카론 표면의 대부분은 회색이며, 극 주위의 적갈색 영역은 유기 물질로 구성돼 있다. 웹의 관측은 2015년 명왕성 시스템을 방문한 미국 항공우주국(NASA)의 뉴호라이즌스 우주선이 카론을 지날 때 얻은 데이터를 기반으로 한다. 이 새로운 연구는 2021년에 발사돼 이듬해부터 데이터 수집을 시작한 웹의 능력을 활용해 이전보다 더 넓은 범위를 관측할 수 있게 됐음을 시사한다. 연구진은 “과산화수소의 존재는 카론이 시간이 지남에 따라 경험한 방사선 조사 과정을 보여준다”면서 “이산화탄소는 약 45억 년 전에 카론이 형성됐을 때 원래 성분으로 추정된다”고 말했다. 연구진은 “과산화수소는 카론 표면의 물 얼음이 태양의 자외선과 태양풍의 에너지 입자, 우주를 가로지르는 은하 우주선의 끊임없는 공격으로 화학적으로 변화하면서 형성됐다”고 말했다.

심연의 우주 속에서 거대한 두 은하가 충돌해 춤사위를 벌이는 듯한 모습이 포착됐다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 제임스 웹 우주망원경으로 촬영한 상호작용하는 두 은하 ‘Arp 107’의 모습을 사진으로 공개했다. 지구에서 무려 4억 6500만 광년 떨어진 작은사자자리에 위치한 Arp 107은 사진에서 보이듯 두 은하의 총칭이다. 먼저 사진 왼쪽 흰색 빛으로 동그란 알처럼 보이는 천체는 ‘MCG+05-26-025’으로 불리는 타원은하다. 그리고 오른쪽에는 이보다 훨씬 큰 거대한 나선은하 ‘UGC 5984’가 똬리를 틀고있다. UGC 5984는 믿기 힘들 만큼의 밝은 빛을 내뿜어 ‘세이퍼트 은하’로 분류되는데, 그 중심에 초거대 블랙홀이 자리잡고 있다. 특히 두 은하 사이에는 별과 가스로 이루어진 흰색의 희미한 다리가 연결되어 있는데 이는 중력적 상호작용으로 형성된 것이다. 다만 두 은하의 충돌이라고 하면 우주의 파괴적인 사건처럼 들리지만 사실 생산적인 일이 되기도 한다. 은하 내 별들 사이의 거리가 매우 멀고 광활해 개별 별들이 서로 충돌할 가능성은 극히 낮기 때문이다. 오히려 두 은하가 상호작용하는 과정에서 가스와 먼지가 휘저어지고 압축되면서 새로운 별이 탄생하기도 한다. 이 사진은 제임스 웹 우주망원경에 장착된 NIRCam(근적외선 카메라)과 MIRI(중적외선 장비)의 데이터를 합쳐 만들어졌다.

심연의 우주 속에서 거대한 두 은하가 충돌해 춤사위를 벌이는 듯한 모습이 포착됐다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 제임스 웹 우주망원경으로 촬영한 상호작용하는 두 은하 ‘Arp 107’의 모습을 사진으로 공개했다. 지구에서 무려 4억 6500만 광년 떨어진 작은사자자리에 위치한 Arp 107은 사진에서 보이듯 두 은하의 총칭이다. 먼저 사진 왼쪽 흰색 빛으로 동그란 알처럼 보이는 천체는 ‘MCG+05-26-025’으로 불리는 타원은하다. 그리고 오른쪽에는 이보다 훨씬 큰 거대한 나선은하 ‘UGC 5984’가 똬리를 틀고있다. UGC 5984는 믿기 힘들 만큼의 밝은 빛을 내뿜어 ‘세이퍼트 은하’로 분류되는데, 그 중심에 초거대 블랙홀이 자리잡고 있다. 특히 두 은하 사이에는 별과 가스로 이루어진 흰색의 희미한 다리가 연결되어 있는데 이는 중력적 상호작용으로 형성된 것이다. 다만 두 은하의 충돌이라고 하면 우주의 파괴적인 사건처럼 들리지만 사실 생산적인 일이 되기도 한다. 은하 내 별들 사이의 거리가 매우 멀고 광활해 개별 별들이 서로 충돌할 가능성은 극히 낮기 때문이다. 오히려 두 은하가 상호작용하는 과정에서 가스와 먼지가 휘저어지고 압축되면서 새로운 별이 탄생하기도 한다. 이 사진은 제임스 웹 우주망원경에 장착된 NIRCam(근적외선 카메라)과 MIRI(중적외선 장비)의 데이터를 합쳐 만들어졌다.

미 항공우주국(NASA)의 명왕성 탐사선 뉴허라이즌스호는 2006년 발사 후 9년 만인 2015년에 명왕성에 도달했다. 뉴허라이즌스호의 탐사 시간은 짧았지만, 명왕성의 모습을 생생하게 파악해 인류에게 오랜 세월 수수께끼였던 태양계 외곽 얼음 천체의 실체를 아는 데 큰 도움이 됐다. 하지만 뉴허라이즌스호의 탐사는 여기서 끝난 것이 아니었다. 뉴허라이즌스호의 에너지원인 원자력 전지(RTG)는 수십 년간 작동이 가능하기 때문에 NASA는 이 탐사선에 연장 임무를 부여했다. 그리고 2019년에는 사상 최초로 카이퍼 벨트 소행성인 아로코트(Arrokoth)를 관측해 지구로 정보를 전송했다. 이후 뉴허라이즌스호는 새로운 천체와 만나지는 못했지만, 선배인 보이저 1, 2호처럼 태양계 외곽 환경 탐사 임무를 맡으면서 발사 후 18년이 지난 지금까지 현역으로 활동하고 있다. 그리고 계속해서 새로운 과학적 발견을 이뤄내고 있다. 최근 우주망원경 과학연구소 마크 포스트만이 이끄는 과학자들은 뉴허라이즌스를 통해 우주가 얼마나 어두운지 밝혀냈다. 엉뚱한 이야기 같지만, 사실 우주가 얼마나 어두운지는 과학자들 사이에서 오랜 논쟁거리였다. 우주가 얼마나 어두운지라는 질문은 바꿔 말하면 우주에 빛이 얼마나 있는가 하는 질문과 같다. 우주에 있는 모든 가시광 영역의 빛을 합친 값을 우주 광학 배경복사(cosmic optical background, COB)라고 하는데, 과학자들은 이를 정확히 측정하는 데 애를 먹어왔다. 지구와 우주에 있는 망원경 모두 태양에 가까운 위치에 있어 태양의 강력한 빛을 차단하기 어렵고 태양계에 있는 먼지와 가스 때문에 빛이 산란하는 현상이 일어나 우주의 밝기를 정확히 측정하기 힘들기 때문이다. 이 문제는 허블우주망원경이나 제임스웹우주망원경 같은 강력한 망원경이 등장해도 위치상 극복하기 힘든 문제였다. 연구팀은 뉴허라이즌스호에 메인 카메라인 로리(Long Range Reconnaissance Imager, LORRI)가 이 문제에 대한 해답을 제시할 수 있다고 보고 연구를 진행했다. 로리는 매우 희미한 햇빛을 받는 명왕성과 그 위성을 관측하기 위해 태양광 다른 빛을 차단하는 차단막을 지니고 있다. 그리고 연구 당시 태양에서 73억km 이상 떨어져 있어 태양광과 먼지, 가스에 의한 간섭을 피할 수 있다. 관측 결과 연구팀은 우주에 있는 빛이 대부분 은하에서 나온다는 사실을 확인했다. 바꿔 말하면 은하에서 나오는 빛 이외에 우리가 모르는 빛을 내는 천체가 없다는 의미로 현재의 우주론을 수정할 필요가 없다는 이야기가 된다. 당연한 결과처럼 들릴지 모르지만, 이렇게 당연해 보이는 것도 실제 관측을 통해 검증하기 전까지는 과학적 사실이 될 수 있다는 점을 생각하면 매우 중요한 결과다. 뉴허라이즌스호는 이미 목표 이상의 과학적 성과를 거뒀다. 그리고 이번 연구처럼 계속해서 새로운 과학적 성과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다. 명왕성을 지난 지 이미 9년의 세월이 흘렀지만, 뉴허라이즌스호는 지금도 새로운 과학의 지평선을 향해 항해하고 있다.

미 항공우주국(NASA)의 명왕성 탐사선 뉴허라이즌스호는 2006년 발사 후 9년 만인 2015년에 명왕성에 도달했다. 뉴허라이즌스호의 탐사 시간은 짧았지만, 명왕성의 모습을 생생하게 파악해 인류에게 오랜 세월 수수께끼였던 태양계 외곽 얼음 천체의 실체를 아는 데 큰 도움이 됐다. 하지만 뉴허라이즌스호의 탐사는 여기서 끝난 것이 아니었다. 뉴허라이즌스호의 에너지원인 원자력 전지(RTG)는 수십 년간 작동이 가능하기 때문에 NASA는 이 탐사선에 연장 임무를 부여했다. 그리고 2019년에는 사상 최초로 카이퍼 벨트 소행성인 아로코트(Arrokoth)를 관측해 지구로 정보를 전송했다. 이후 뉴허라이즌스호는 새로운 천체와 만나지는 못했지만, 선배인 보이저 1, 2호처럼 태양계 외곽 환경 탐사 임무를 맡으면서 발사 후 18년이 지난 지금까지 현역으로 활동하고 있다. 그리고 계속해서 새로운 과학적 발견을 이뤄내고 있다. 최근 우주망원경 과학연구소 마크 포스트만이 이끄는 과학자들은 뉴허라이즌스를 통해 우주가 얼마나 어두운지 밝혀냈다. 엉뚱한 이야기 같지만, 사실 우주가 얼마나 어두운지는 과학자들 사이에서 오랜 논쟁거리였다. 우주가 얼마나 어두운지라는 질문은 바꿔 말하면 우주에 빛이 얼마나 있는가 하는 질문과 같다. 우주에 있는 모든 가시광 영역의 빛을 합친 값을 우주 광학 배경복사(cosmic optical background, COB)라고 하는데, 과학자들은 이를 정확히 측정하는 데 애를 먹어왔다. 지구와 우주에 있는 망원경 모두 태양에 가까운 위치에 있어 태양의 강력한 빛을 차단하기 어렵고 태양계에 있는 먼지와 가스 때문에 빛이 산란하는 현상이 일어나 우주의 밝기를 정확히 측정하기 힘들기 때문이다. 이 문제는 허블우주망원경이나 제임스웹우주망원경 같은 강력한 망원경이 등장해도 위치상 극복하기 힘든 문제였다. 연구팀은 뉴허라이즌스호에 메인 카메라인 로리(Long Range Reconnaissance Imager, LORRI)가 이 문제에 대한 해답을 제시할 수 있다고 보고 연구를 진행했다. 로리는 매우 희미한 햇빛을 받는 명왕성과 그 위성을 관측하기 위해 태양광 다른 빛을 차단하는 차단막을 지니고 있다. 그리고 연구 당시 태양에서 73억km 이상 떨어져 있어 태양광과 먼지, 가스에 의한 간섭을 피할 수 있다. 관측 결과 연구팀은 우주에 있는 빛이 대부분 은하에서 나온다는 사실을 확인했다. 바꿔 말하면 은하에서 나오는 빛 이외에 우리가 모르는 빛을 내는 천체가 없다는 의미로 현재의 우주론을 수정할 필요가 없다는 이야기가 된다. 당연한 결과처럼 들릴지 모르지만, 이렇게 당연해 보이는 것도 실제 관측을 통해 검증하기 전까지는 과학적 사실이 될 수 있다는 점을 생각하면 매우 중요한 결과다. 뉴허라이즌스호는 이미 목표 이상의 과학적 성과를 거뒀다. 그리고 이번 연구처럼 계속해서 새로운 과학적 성과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다. 명왕성을 지난 지 이미 9년의 세월이 흘렀지만, 뉴허라이즌스호는 지금도 새로운 과학의 지평선을 향해 항해하고 있다.

마치 수많은 보석들이 촘촘히 박혀 반짝반짝 빛나는 은하의 모습이 포착됐다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경으로 촬영한 소마젤란운(SMC)내 별 형성지역인 성단 ‘NGC 346’의 모습을 사진으로 공개했다. 지구에서 약 21만 광년 떨어진 SMC는 사실 우리은하와 가장 가까운 이웃으로, 이 안에 위치한 성단 NGC 346에는 우리의 태양보다 젊고 질량이 작은 별들이 가득 자리잡고 있다. 허블우주망원경이 촬영한 사진 속에도 이 모습이 생생히 기록되어 있는데, 수많은 푸른 별들이 뜨겁게 주위를 빛내고 있는 것이 확인된다. 앞서 지난해 4월에도 NASA의 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 NGC 346을 촬영해, 이 지역 내에서 태양보다 작고 젊은 별(YSO) 500여개를 발견한 바 있다. 이번에 허블우주망원경이 같은 NGC 346을 촬영한 것은 새로운 시각을 우리에게 줄 수 있기 때문이다. 최신형인 제임스웹 우주망원경은 적외선 관측으로 특화된 망원경인데, 긴 파장의 적외선으로 관측할 경우 우주의 먼지 뒤에 숨은 대상까지 뚜렷하게 볼 수 있다. 이에반해 한참 전인 지난 1990년 발사된 허블우주망원경은 가시광과 자외선으로 천체를 관측한다. NASA 측은 허블우주망원경의 자외선 관측을 통해 별의 형성과 진화에 대해 새로운 시각과 정보를 얻을 수 있다고 밝혔다. 한편 지름 2.4m, 무게 12.2t, 길이 13m로, 지금도 지상 569㎞ 높이에서 97분 마다 지구를 돌며 먼 우주를 관측하고 있는 허블우주망원경은 대기의 간섭없이 멀고 먼 우주를 관측하기 위해 제작됐다. 허블우주망원경은 지금까지 100만 건이 넘는 관측 활동을 벌였으며 이를 통해 천문학자들은 1만 2000건 이상의 논문을 발표했다.