단국대학교(총장 안순철)는 고분자시스템공학부 김세영 교수 연구팀이 물의 표면장력에 의해 수면 위 나노입자가 변형되는 현상을 세계 최초로 실험적으로 규명했다고 21일 밝혔다. 연구팀은 실험에서 나노입자 강성과 표면장력에 따른 구조 변화를 실시간으로 측정해 두 요소가 나노입자를 최대 75%까지 변형시킨다는 사실을 밝혀냈다. 물과 기름처럼 서로 섞이지 않는 경계면의 표면장력을 낮추는 ‘계면활성 나노입자’는 기존 계면활성제를 대체할 차세대 소재로 꼽힌다. 화장품·의약품·친환경 코팅공정 등에서 경계면을 안정화하는 유화 효과가 뛰어나 핵심 성분을 보호할 수 있기 때문이다. 나노입자의 모양은 경계면의 안정화와 유화 성능에 영향을 미치는 중요한 요소다. 그러나 나노입자는 크기가 매우 작아 수면 위에서 일어나는 변형을 직접 관찰하고 정량적으로 측정하기 어려웠다. 학계에서는 나노 크기에서는 물의 표면장력이 입자를 변형시킬 만큼 강하게 작용할 것으로 예상해 왔지만, 실제 변형 과정을 실시간으로 측정해 이를 입증한 사례는 없었다. 연구팀은 강성을 조절할 수 있는 구형 고분자 나노입자를 활용해 수면 위 입자 구조 변화를 실시간·비파괴적으로 측정하는 중성자반사율(neutron reflectivity) 실험을 진행했다. 표면장력을 조절할 수 있는 랭뮤어 수조(Langmuir trough)를 활용해 변형률을 측정한 결과, 표면장력과 나노입자의 강성 정도에 따라 변형률이 최대 75%에 이르는 현상을 확인했다. 이를 통해 탄성체가 표면장력에 의해 변형되는 ‘탄성모세관(elastocapillary) 현상’을 실험적으로 입증했다. 김세영 교수는 “향후 고계면적 화공소재와 생체계면 조절 약물 등 차세대 계면활성 나노입자를 설계하는 기반 기술로 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다. 이번 연구는 미국 퍼듀대학교(Purdue University), 일본 J-PARC 연구소와의 국제공동연구로 수행됐으며, 한국연구재단 지원을 받았다. 김상윤 석사와 진신저 석사(이상 고분자공학과)가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 성과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 나노과학 분야 국제 저명학술지 ‘Nano Letters’(IF 9.1)에 게재됐다. 논문명은 ‘Elastocapillary Deformation of “Glassy” Polymer Micelles at an Air–Water Interface’이다.

태양계 가장 안쪽에 있는 수성은 8개 행성 중에 가장 작지만, 생각보다 접근하기 힘든 행성이다. 직선거리로 따지면 사실 명왕성보다 훨씬 가까운데 지구에서 발사한 탐사선이 수성까지 도달하려면 역설적으로 더 많은 에너지가 필요하기 때문이다. 따라서 최근 수성 궤도로 진입을 시도하고 있는 유럽우주국(ESA)과 일본 우주 항공 연구개발기구(JAXA) 합작 수성 탐사선인 ‘베피콜롬보’(BepiColombo)는 목적지까지 도달하는 데 무려 8년이라는 시간이 필요했다. 명왕성 탐사선 뉴 호라이즌스호가 목적지까지 도달하는 데 9년이 걸린 것과 거의 맞먹는 시간이다. 수성에 접근하기 힘든 이유는 태양을 기준으로 우주선의 속도를 감속해서 공전 궤도를 좁혀야 하기 때문이다. 하지만 이 과정에서 태양에 가까이 다가갈수록 속도가 빨라지면서 약한 중력을 지닌 수성을 스쳐 지나가게 될 가능성이 높아진다. 따라서 수성 궤도를 도는 인공위성이 되기 위해서는 감속을 위해 막대한 연료가 필요하다. 베피콜롬보는 두 가지 방법으로 이 문제를 해결했다. 첫 번째는 고효율의 이온 엔진을 탑재한 수송 모듈인 ‘MTM’(Mercury Transfer Module)이다. 태양광 패널에서 나온 전기를 이용한 이온 추진 로켓은 화학 로켓보다 효율이 훨씬 우수해서 상대적으로 적은 연료로도 같은 임무를 수행할 수 있다. 두 번째 방법은 행성의 중력을 이용해서 브레이크를 거는 것이다. 이를 위해 베피콜롬보는 지구에 1회, 금성에 2회, 수성에 6회 접근해 행성의 중력으로 속도를 감속한다. 이것이 수성까지 가는 데 무려 8년이라는 긴 세월이 필요했던 이유다. 현재 베피콜롬보는 수성 궤도에 가까이 다가가 궤도 진입을 준비하고 있다. 이를 위해 지난 3일 MTM 모듈과 탐사선이 분리되었으며 11월 21일에는 수성 궤도에 본격 진입해 수성의 인공위성이 될 예정이다. 하지만 베피콜롬보의 분리는 여기서 끝이 아니다. 사실 베피콜롬보는 수송 모듈을 제외해도 두 개의 탐사선으로 되어 있다. 일본 우주 항공 개발기구가 만든 Mio/MMO(Mercury Magnetospheric Orbiter)와 유럽 우주국이 만든 MPO(Mercury Planetary Orbiter)가 그것이다. 전자는 긴 타원 궤도(590×1만 1640㎞)를 돌며 수성을 감싸는 우주 공간의 자기권과 태양풍을 조사하고 후자는 수성에 가까운 낮은 궤도(480×1500㎞)를 돌며 수성 표면 및 내부를 자세히 조사한다. 이렇게 두 개의 탐사선을 이용해 과학자들은 한 번에 여러 가지 정보를 수집할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 사실 수성은 아직 풀리지 않은 여러 가지 미스터리를 다수 간직하고 있다. 예를 들어 수성은 지름의 70%에 달하는 비정상적으로 큰 금속 핵을 지니고 있어 작은 크기에도 밀도는 지구와 비슷한 수준이다. 그 이유는 명확하지 않으나 충돌설 등이 제시되어 왔다. 베피콜롬보가 이에 대한 결정적인 답을 제시할지도 모른다. 또 수성 표면 온도는 낮 동안 430도까지 치솟지만, 극지방 크레이터 내부에는 태양빛이 전혀 들지 않는 영구 음영 구역도 존재한다. 베피콜롬보의 레이저 고도계(BELA)와 중성자 분광계(MGNS)를 이용해 이 지역을 관측하면 실제 물이 얼음 형태로 존재하는지, 그리고 이곳에 유기물이 존재하는지 알아낼 수 있다. 만약 얼음이 존재한다면 태양계 초기 환경을 간직한 수십억 년 전 얼음일 가능성이 높아 앞으로 중요한 탐사 목표가 될 것이다. 베피콜롬보의 두 탐사선은 오는 12월 10일 분리돼 각자의 임무 궤도로 진입한 뒤 2028년 상반기에 임무를 완수하고 2029년까지 연장 임무를 수행할 예정이다. 수성의 숨겨진 비밀을 얼마나 파헤칠 수 있을지 주목된다.

우주조약은 국제 우주법의 근간이 되는 조약으로 미국, 중국, 러시아 등 118개국이 비준했다. 조약은 핵무기를 지구 궤도나 우주 공간에 배치하는 것을 금지하고 있다. 궤도상에서 핵무기가 폭발하면 지구 상공 약 2000㎞ 이하인 저궤도 위성 대부분이 파괴될 수 있기 때문이다. 실제로 1962년 미국이 우주에서 실시한 1.4메가톤급 수소폭탄 실험 ‘스타피시 프라임’은 지구 내부 방사선대에 10의 29승 개(1000억 개의 100경 배)에 달하는 전자를 내뿜어 당시 궤도를 돌고 있던 초기 인공위성 상당수를 망가뜨렸다. 문제는 핵무기 관련 우주조약 위반 여부를 확인할 방법이 전무하다는 점이다. 2022년 2월 러시아가 지구 저궤도에 쏘아 올린 ‘코스모스 2553’(Kosmos 2553) 위성을 두고 러시아는 감시·원격탐사용 레이더 위성이라고 밝혔으나 미국은 “핵무장 위성요격무기 부품을 우주에서 시험하는 플랫폼일 수 있다”는 의혹을 제기하면서 검증 기술의 필요성이 급부상했다. 이런 상황에서 지구 궤도를 도는 위성에 핵무기가 숨겨져 있는지를 손쉽게 탐지할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 1967년 체결 이후 60년 가까이 검증 수단이 없었던 우주조약 이행 여부를 실제로 확인할 수 있는 길이 제시된 것이다. 미국 매사추세츠공과대(MIT) 원자력공학과 연구팀은 지구 자기장에 붙잡혀 있는 고에너지 양성자가 핵무기의 우라늄 부품과 부딪힐 때 발생하는 중성자를 포착해 핵무기를 탑재한 위성을 가려낼 수 있다는 개념 연구를 과학 저널 ‘네이처’ 7월 9일 자에 발표했다. 연구팀의 핵심 아이디어는 우주에 자연적으로 존재하는 방사선을 활용하는 것이다. 지구를 둘러싼 도넛 모양의 방사선 지대인 ‘밴앨런대’ 안쪽에는 수십억 전자볼트급 고에너지 양성자가 갇혀 있다. 고에너지 양성자가 우라늄처럼 무거운 원소에 부딪히면 원자핵이 깨지면서 중성자가 대량으로 튀어나오는 파쇄 반응이 일어난다. 수소폭탄은 100㎏이 넘는 우라늄 외피를 갖고 있어 밴앨런대 양성자에 노출되면 강한 중성자 신호를 내뿜을 수밖에 없다. 반면 일반 위성은 알루미늄과 수소가 풍부한 경량 소재로 만들어져 중성자를 거의 만들지 않는다. 중성자 신호 자체가 핵무기의 ‘지문’인 셈이다. 연구팀은 코스모스 2553과 같은 궤도에 수소폭탄을 실은 가상의 위성이 있다고 가정하고 이를 검증하는 탐지 위성 성능을 입자물리 표준 시뮬레이션 도구 ‘전트4’ 기반 몬테카를로 계산으로 분석했다. 그 결과, 탐지 위성에 실리는 검출기는 가로, 세로 각각 30㎝, 높이 12㎝로 중성자에 반응하는 플라스틱 섬광체를 1㎜ 두께의 인공 다이아몬드 검출판이 위아래로 감싼 형태로 소형 큐브샛 크기면 충분한 것으로 확인됐다. 시뮬레이션 결과 4㎞ 거리에서 큐브샛 1대로 약 7.2일 동안 관측하면 99% 이상으로 수소폭탄 탑재 여부를 확인할 수 있는 것으로 계산됐다. 큐브샛 10대를 편대로 운용하면 15시간으로 줄고 접근 거리를 1㎞로 좁히면 단 1시간 만에, 근접 통과만으로 판별할 수 있다. 연구를 이끈 아레그 다나굴리안 MIT 교수는 “이번 기술은 검사 대상 위성에 어떤 신호도 쏘지 않고 자연 방사선의 변화만으로 핵무기 탑재 여부를 확인할 수 있으며 특히 현재 상용화된 부품만으로도 구현이 가능하다는 장점이 있다”고 설명했다.

러시아가 우크라이나 북부를 향해 폭탄 공격을 가한 뒤 해당 지역 인근에서 방사능 수치가 급증한 것으로 확인됐다. 우크라이나 보안국(SBU)에 따르면 지난달 7일 북부 체르니히우에서 방공 임무를 수행하던 우크라이나군은 러시아군이 사용한 드론에 탑재돼 있던 불발 미사일을 수거하고 분석을 실시했다. 러시아가 이란제 샤헤드 드론을 개조해 만든 게란-2 드론에는 R-60 공대공 미사일이 탑재돼 있었다. 이 미사일에는 열화우라늄 탄두가 장착돼 있었다. 우크라이나 당국은 해당 불발 미사일 인근에서 방사능 수치가 급증한 것을 확인했고, 조사 결과 탄두에는 우라늄-235와 우라늄–238이 포함된 것으로 나타났다. 우라늄-235는 중성자 1개를 흡수하면 쉽게 핵분열을 일으키고 이 과정에서 엄청난 열에너지가 발생한다. 이는 원자력 발전소와 핵무기의 주요 원료로 사용된다. SBU는 “미사일을 탑재한 드론 잔해 인근에서 방사능 조사를 실시한 결과 감마선 수치가 12μSv/h로 측정됐다. 이는 자연적으로 존재하는 방사능을 크게 초과하는 수치로, 인체에 잠재적인 위협이 될 수 있다”고 밝혔다. 열화우라늄, 어떤 성질?열화우라늄은 천연 우라늄에서 핵연료용 U-235를 대부분 제거한 뒤 남는 물질을 의미한다. 강철보다 밀도가 약 2.5배 높고 이러한 특성 덕분에 전차의 두꺼운 장갑을 쉽게 관통할 수 있다. 열화우라늄 탄두를 장착한 무기가 전차 측면과 같은 단단한 목표물에 명중하면 탄두가 그대로 관통하면서 폭발이 발생하고 증기 구름이 솟아날 수 있다. 이 증기 구름은 먼지 형태로 가라앉는데, 여기에는 약간의 방사능과 독성이 포함될 수 있다. 우크라이나 당국은 독성을 띠는 러시아의 미사일 탄두를 확보해 방사성 폐기물 저장 시설로 이송했다. 이어 시민들에게 드론이나 미사일 또는 기타 파편을 발견할 경우 극도로 주의할 것을 촉구했다. 관계자들은 “열화우라늄은 독성과 방사능을 띠고 있으므로 극도로 주의해야 한다”면서 “손상되거나 불에 탄 탄약은 사람과 환경 모두에 위험한 방사성 먼지를 방출할 수 있다”고 경고했다. 푸틴 “우크라가 학생 기숙사 공격, 10여명 사망”국제사회의 관심이 이란 전쟁에 쏠려 있는 상황에서도 러시아와 우크라이나는 격전을 이어가고 있다. 지난 22일 러시아 국영 타스통신에 따르면 전날 우크라이나는 러시아 점령지인 우크라이나 루한스크 지역에서 스타로빌스크 대학의 건물과 학생 기숙사를 공격했다. 이번 공격으로 현재까지 사망한 사람은 최소 16명으로 확인됐다. 부상자도 40여명에 이른다. 블라디미르 푸틴 러시아 대통령은 “기숙사 주변에는 군사 시설이 없다. 방공 시스템을 노린 공격이라고 변명할 근거도 없다”며 “드론 16기가 같은 장소를 세 차례 타격했고 이는 실수가 아니었다”고 지적했다. 그러나 우크라이나 측은 “우크라이나가 민간 시설을 공격했다는 주장은 조작된 정보”라며 “우리는 스타로빌스크 대학 인근의 루비콘 부대(드론 부대) 사령부 중 하나를 타격한 것”이라고 부인했다.

HD현대중공업이 미국 차세대 소형모듈원전(SMR) 기업 테라파워에 4세대 원자로 핵심 설비를 공급하기로 했다. 인공지능(AI) 데이터센터 확대로 전력 수요가 폭증하는 가운데 한·미 간 차세대 원전 공급망 동맹도 속도를 내는 모습이다. HD현대는 “HD현대중공업이 테라파워와 나트륨 원자로 공급에 대한 기본 합의서(FA)를 체결했다”고 21일 밝혔다. 이번 협약으로 HD현대중공업은 테라파워의 나트륨 원자로 주기기(RES) 핵심 설비를 제작·공급하는 우선협상자로 선정됐다. 나트륨 원자로란 테라파워에서 개발한 4세대 소듐냉각고속로(SFR)로, 현존하는 SMR 중 안전성과 기술적 완성도가 가장 높은 것으로 평가된다. 고속 중성자를 핵분열해 발생한 열을 액체 나트륨(소듐)으로 냉각해 전기를 생산하는 방식이다. 기존 원자로보다 핵폐기물 용량이 약 40% 적은 것으로 알려졌다. 마이크로소프트 창업자 빌 게이츠가 설립한 테라파워는 나트륨 원자로 발전소의 상업화를 위해 주기기의 공급망 구축을 최우선 과제로 삼아왔다. 양사는 지난해 3월 ‘나트륨 원자로 상업화를 위한 제조 공급망 확장 전략적 협약’을 체결한 뒤 제조 타당성, 가격 경쟁력, 인도 일정 등 연구를 수행해왔다. HD현대는 실증 공사 수행을 발판으로 상업 모델까지 사업 협력을 확대해 나갈 계획이다. 원광식 HD현대중공업 해양에너지사업본부장은 “이번 합의 체결은 테라파워와의 전략적 파트너십을 강화하는 것과 더불어 글로벌 SMR 시장 진출에 중요한 기반이 될 것”이라고 말했다. 이날 현대건설도 HD현대, 테라파워와 ‘차세대 나트륨 원자로 사업 협력을 위한 3자 업무협약’을 체결했다. 현대건설 관계자는 “4세대 원자로 프로젝트 참여 기반을 마련했다는 점에서 원전 밸류체인 확대를 위한 진전”이라고 밝혔다. SMR이 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 대안으로 부상하면서 한국 원전 관련 기업과 건설사들도 SMR 시장에서 영역을 넓히고 있다. DL이앤씨는 지난 3월 미국 엑스에너지의 4세대 SMR ‘표준화 설계’를 국내 최초로 수주했고 두산에너빌리티도 엑스에너지·뉴스케일파워·테라파워와 기자재 공급을 위해 협업하고 있다.

올해 하반기 상업운전 개시를 계획하고 있는 새울 3호기가 이달 중 최초의 원자로 임계를 앞두고 있다. 원자력안전위원회는 임계를 앞두고 막바지 안전성 점검을 하고 있다. 원안위는 3일 최원호 위원장이 울산 울주군 새울원전 3호기와 부산 기장군 기장연구로를 방문해 현장 안전성을 점검했다고 밝혔다. 새울 3호기는 발전용량 1.4GW급 대형 원전으로, 지난해 12월 원안위로부터 운영허가를 받은 뒤 이달 중 원자로 임계를 앞두고 있다. 원자력 발전은 원자로 내에서 우라늄 235등의 핵분열성 동위 원소에 중성자를 부딪쳐 핵분열 반응을 만들고 이를 통해 열 에너지를 만드는 방식이다. 우라늄 235 등은 핵분열 과정에서 새로운 중성자를 생성하는데, 일부는 사라지고 일부는 다시 핵분열 반응을 만든다. 이 과정에서 사라지는 중성자와 새롭게 만들어지는 중성자가 일치되는 상태를 ‘임계’라고 부른다. 임계 단계에 도달한 원자로는 비로소 안전하게 제어되며 운영할 수 있게 된다. 원자력 발전은 이 상태에서 발생하는 열에너지로 증기를 만들어 발전기를 회전시켜 전기를 생산한다. 새울 3호기는 임계 후 출력상승시험 등 시운전 검사를 약 6개월 수행해 최종 안전성을 확인한 뒤 상업운전을 시작할 계획이다. 최 위원장은 이날 수출형 신형 연구로 실증 및 의료·산업용 방사성 동위원소 생산을 위해 건설 중인 기장연구로 현장도 방문해 주요 구조물 건설 상황을 점검했다. 기장연구로는 2019년 5월 원안위로부터 건설 허가를 받아 공사 중이다. 최 위원장은 “원자력 시설 안전은 꼼꼼한 건설에서부터 시작한다”며 “안전기준과 절차를 준수하고 건설현장 안전사고 예방에 만전을 기해달라”고 당부했다.

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

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

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

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

중국이 소형 원자로를 이용해 수년간 바다에서 운항이 가능한 대형 화물선의 개발 세부 정보를 공개했다. 특히 우라늄이 아닌 토륨 기반 원자로를 이용해 안전성을 높였다고 주장한다. 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)는 5일 세계 1위 조선업체인 중국선박그룹(CSSC) 산하 장난조선의 수석 엔지니어 후커이가 1만 4000개의 컨테이너를 실을 수 있는 원자력 상선의 세부 사양을 공개했다고 전했다. 지난달 중국의 무역 관련 격월간지 ‘선박(船舶)’에 실린 내용에 따르면 원자력 상선은 우라늄이 아니라 토륨 추진의 열 출력 200㎿(메가와트)급 융용염 원자로(TMSR)로 구동된다. 상선에 사용되는 원자로의 출력은 미국 해군의 최첨단 핵 공격 잠수함에 사용되는 S6W 가압수형 원자로의 수준과 같다. 우라늄 원자로는 대규모 냉각 시스템과 고압 격납 시설이 필요하지만 토륨 원자로는 냉각수 대신 액체 상태의 소금(용융염)을 냉각재로 사용한다. 또 핵무기를 제조할 수 있는 플루토늄을 생성하지 않아 기존 원자로보다 더 작고 조용하며 핵확산 저항성도 높다. 토륨 원자로에서 생성된 200㎿의 열은 선박을 구동하는 데 직접 사용되지 않으며 대신 브레이튼 사이클을 이용하여 초임계 이산화탄소(sCO₂) 발전기에 전력을 공급한다. 브레이튼 사이클은 이산화탄소를 극한 온도로 가열한 뒤 터빈을 통해 팽창시켜 전력을 생산해 거대한 화물선은 수년간 연료 보급 없이 바다를 횡단할 수 있다. 핵추진 선박에 대한 가장 큰 우려 중 하나는 원자로가 녹아내리는 노심 용융이나 방사능 누출 사고지만, 토륨 원자로는 소금을 냉각재로 사용하기 때문에 냉각수 부족으로 인한 노심 용융 가능성이 낮다. 중국 내몽골에는 토륨이 풍부한데, 단일 광산에서만 중국 전역에 1000년 이상 전력을 공급할 수 있는 양이 매장된 것으로 알려졌다. 미국 역시 1960년대에 테네시주 오크리지 국립연구소에서 최초의 토륨 원자로를 건설했지만, 용융 불화물염에 의한 파이프 부식을 포함한 기술적 문제로 인해 연구를 중단했다. 하지만 중국은 고비 사막에 있는 실험용 토륨 용융염 원자로에서 세계 최초로 장기 안정 운전을 달성한 데 이어 현재 더 큰 발전용 시범 원자로를 건설하고 있다고 밝혔다. 토륨 자체는 핵분열을 일으킬 수 없지만, 중성자를 흡수해 우라늄-233으로 변환시키면 핵무기 제조에 사용될 수 있어 중국이 상선이란 명목으로 핵 추진 항공모함이나 잠수함을 개발한다는 우려가 제기된다. 중국이 푸젠함에 이어 건조 단계에 있는 네 번째 항공모함은 핵 추진 방식과 첨단 전자식 사출기(캐터펄트)를 갖춘 것으로 알려졌다.

중국의 ‘에너지 독립’ 이정표: 토륨 핵연료 증식 성공 [홍콩 SCMP] 중국과학원 상하이 응용물리학 연구소는 고비사막 실험용 원자로에서 토륨을 우라늄 연료로 변환(증식)하는 데 성공했습니다. 이 업적으로 2메가와트 액체연료 토륨 기반 용융염 원자로(TMSR)는 토륨 연료를 장전하고 사용한 전 세계 유일한 운영 사례가 되었습니다. 토륨은 우라늄보다 훨씬 풍부하고 구하기 쉽습니다. 내몽골의 한 광산 매장지에서만 중국 전체에 1000년 이상 전력을 공급할 수 있는 토륨이 매장된 것으로 추정됩니다. 서방에서는 기술적 한계에 부딪혀 포기한 최신 원자로 시스템 개발에 중국이 성공한 것입니다. 가장 중요한 점은 토륨-232가 핵분열을 통해 최종적으로 강력한 핵연료를 생성하는 전체 공정이 원자로 핵심 내부에서 이루어져 외부 연료 제작이 필요 없다는 것입니다. 중국 과학 아카데미는 지속 가능한 에너지와 탄소 감축이라는 국가적 목표 달성을 위해 2011년부터 이 TMSR 핵 에너지 시스템을 전략적으로 추진해 왔습니다. 이는 중국이 핵에너지 분야에서 장기적인 에너지 독립 이정표를 달성했음을 의미합니다. [러시아 РИА Новости] 러시아 국영 원자력 기업 로사톰 CEO는 러시아와 중국이 러시아가 설계한 원자력 발전소 건설을 추진하고 4세대 원자력 에너지 기술을 공동 개발하며 고속 중성자로와 폐쇄형 핵연료 주기를 적극 활용할 계획이라고 발표했습니다. 이는 양국이 첨단 원자력 기술 분야에서도 협력을 강화하고 있음을 보여줍니다. 트럼프의 ‘대만 침공’ 발언과 미국의 전략적 모호성 유지 [홍콩 SCMP] 도널드 트럼프 미국 대통령은 CBS 인터뷰에서 시진핑 주석이 중국의 대만 침공 시 ‘결과(consequences)’가 있을 것을 이해한다고 말했지만, 미국이 대만을 방어할 것인지에 대해서는 구체적인 언급을 거부했습니다. 그는 “비밀을 누설할 수는 없다. 상대방은 다 알고 있다”라고 덧붙였습니다. [일본 산케이] 트럼프 대통령은 자신이 대통령으로 재임하는 동안 중국이 대만에 “아무것도 하지 않는다”고 약속했다고 주장하며, 자신의 임기 중에는 중국이 대만 침공을 앞당길 것이라는 낙관적인 견해를 보였습니다. [러시아 이즈베스티야] 워싱턴 전문가들은 트럼프 대통령의 발언이 대만 분쟁에 대한 미국의 개입 가능성에 대해 전략적 모호성을 유지하려는 백악관의 의지를 보여준다고 지적했습니다. [중국 관찰자망] 중국 분석가 옌모(雁默)는 이번 부산 정상회담에서 대만 문제가 논의되지 않은 것은 ‘합리적인 공백‘이라고 평가하며, 미·중 대립의 본질은 무력이 아니라 ’시간‘에 의해 결정된다고 분석했습니다. 그는 미국이 대만 카드를 꺼내는 것은 단지 회담을 촉진하기 위한 수단일 뿐이며, 중국은 단지 구두 약속을 얻으려고 무역 양보를 할 의사는 없다고 지적했습니다. 또 대만은 아직 미국이 기꺼이 포기할 정도로 “평가절하”되지 않았기 때문에 중국 역시 현 단계에서 이 문제를 해결할 의사가 없다고 진단했습니다. 미·중 무역 휴전 구체화: 농산물 관세 철폐와 중국의 대규모 구매 약속 [중국 CAIXIN] 백악관이 발표한 팩트시트에 따르면 베이징은 2025년 3월 4일 이후 발표된 모든 보복 관세를 중단하고, 닭고기, 밀, 콩, 돼지고기, 과일 등 광범위한 미국 농산물에 적용되는 관세를 철폐할 것이라고 밝혔습니다. 핵심 합의 내용에는 중국이 2025년 마지막 2개월 동안 최소 1200만t 미국산 대두를 구매하고, 2026년, 2027년, 2028년에는 매년 최소 2500만t 미국산 대두를 구매한다는 내용이 포함되었습니다. 이에 대한 상응 조치로 미국은 중국산 제품에 대한 소위 ‘펜타닐 관세’를 10%로 인하하기로 했습니다. 다만 중국의 새로운 구매 약속 이행은 물류적 어려움에 직면합니다. 중국 농산물 수출의 주요 관문인 미국 항구들이 11월과 12월에는 약 500만t만 적재가 가능해 약속된 물량을 처리하는 데 한계가 있을 것으로 전망됩니다. [미국 블룸버그] 베이징의 정규 정책 고문인 데이비드 다오쿠이 리는 미·중 정상회담이 중국을 미국의 ‘대등한 파트너’로 대우하는 양자 관계의 획기적인 전환점이었다고 평가하며, 무역 및 금융 갈등이 해결될 것이라는 낙관론을 표명했습니다. 한·중 관계 및 주변국 외교 동향 [중국 CCTV] 시진핑 주석과 이재명 대통령은 경주 박물관에서 회담을 갖고 한중 관계의 새로운 장을 함께 써나가고 있다고 강조했습니다. 시진핑 주석은 두 나라를 “옮길 수 없는 중요한 이웃이자 떼려야 뗄 수 없는 협력 동반자”로 지적하며, 전략적 소통과 상호 이익 협력, 국민 감정 고양, 다자간 협력 등 4가지 제안을 제시했습니다. [영국 FT] 국가안보실장은 한중 양국이 정기적인 고위급 소통 채널을 개설하기로 합의했으며, 한반도 안보 공조에 대한 논의를 시작했다고 밝혔습니다. 차오신(曹辛) 분석가는 중국이 이 지역의 공정성을 보여주기 위해 한반도 비핵화와 안보 안정을 위한 양자 조약 체결을 고려해야 한다고 제안했습니다. [프랑스 rfi] 왕원타오 중국 상무부 장관은 김종관 한국 산업통상자원부 장관과 만나 양국 공급망 안정성 유지 및 협력 체계 구축을 논의하고, 한·중·일 자유무역협정(FTA) 협상 재개 가속화를 촉구했습니다. [미국 NYT] 이재명 대통령이 시진핑 주석이 선물로 제공한 샤오미 스마트폰을 보며 “이 휴대전화는 통신보안에 문제가 없나요”라고 묻자 시 주석이 “백도어가 있는지 확인해 보세요”라고 답했습니다. 두 정상이 간첩 활동과 감시의 세계를 살짝 비꼬고 가볍게 언급하며 웃어넘긴 것이라고 해석되었습니다. 이는 미묘한 긴장 속에서도 양국 관계의 긴밀한 특성을 보여주는 장면입니다. [대만 연합보] 내년 APEC이 중국 광둥성 선전에서 열릴 예정인 가운데, 대만 외교부는 대만이 지난해 유사 경제권 국가들과의 공동 노력을 통해 중국으로부터 평등하고 안전한 참여를 보장하는 ‘서면 보장’을 받았다고 밝혔습니다. [일본 요미우리] 매년 실시하는 ‘일중 공동 여론 조사’ 결과 공표가 연기되었는데, 이는 일본의 다카이치 사나에 총리가 APEC 정상회의에 맞춰 대만 대표와 회담한 것에 대한 중국 측의 항의가 영향을 미쳤을 가능성이 있다고 보도되었습니다. 러시아와의 경제·군사적 유대 변화와 기술 경쟁 심화 [러시아 모스크바 타임즈] 중국 정유회사들이 트럼프 행정부의 제재를 우려하여 로스네프트와 루코일을 겨냥한 러시아산 원유 수입을 줄이고 있습니다. 이러한 ‘구매자 파업’으로 인해 러시아의 대중국 원유 수출량이 약 45% 감소했으며, 극동 ESPO 등급 원유 가격도 하락하는 등 러시아의 주요 에너지 수출 시장에 차질이 발생했습니다. [중국 신화망] 중국 국가이민관리국은 ‘모바일 차이나’를 강화하기 위해 ‘얼굴 인식’ 스마트 통관 시스템 도입, 출국 허가증 온라인 갱신 도시 확대, 자격을 갖춘 인재에 대한 홍콩 및 마카오 복수 입국 비자 신청 편의 제공 등 10가지 혁신 조치를 시행하기로 결정했습니다. 이는 개방을 확대하고 인재 유동성을 높이려는 중국의 정책 방향을 보여줍니다. [대만 디지타임즈] TSMC는 2026년부터 4년간 5㎚, 4㎚, 3㎚ 및 2㎚ 미만 기술을 포함한 첨단 반도체 공정에 대해 대대적인 가격 인상 전략을 도입했습니다. 이는 AI 칩 관련 반도체 제조 수요 증가와 글로벌 시장 불확실성에 힘입어 TSMC가 기술적 주도권을 활용하여 장기적으로 가격을 통제하려는 움직임으로 해석됩니다.

전남 영광군의회가 29일 붕산수가 누설된 영광 한빛원전 5호기 원자로 헤드 교체를 요구하고 나섰다. 군의회는 “원자로 헤드와 같은 핵심 설비는 장기간(40년) 안정성이 보장돼야 하는데도 불구하고 결함이 드러났다”며 이같이 주장했다. 붕산수는 원자로 내 중성자의 연쇄반응을 막는 화학 제어제로, 중성자를 즉각적으로 흡수하는 역할을 한다. 지난 5일 정비 중이던 한빛 5호기의 원자로 헤드 제어봉 구동장치에서 붕산수 누설이 확인된 바 있고조사 결과 원자로 헤드에 미세구멍이 발생해 붕산수가 누설된 것으로 밝혀졌다. 군의회는 “제작사인 두산중공업의 책임을 명확히 규명하고 동일한 사고가 재발하지 않도록 근본적인 대책을 마련해야 한다”며 “원전 가동 지연으로 인해 발생하는 세수 손실에 대해서도 한국수력원자력과 관계기관이 책임 있는 대책을 마련해야 한다”고 촉구했다.

밀도가 무한대인 블랙홀을 제외하고 우주에서 가장 밀도가 높은 천체는 중성자별이다. 중성자별의 물질을 티스푼에 담는다면 그 무게는 에베레스트산과 비슷하다. 이렇게 밀도가 높은 이유는 무엇일까? 속이 대부분 비어 있는 원자로 구성된 지구와 달리 중성자별은 이름처럼 중성자로만 이뤄진 하나의 거대한 원자핵 같은 구조이기 때문이다. 중성자별은 태양보다 훨씬 무거운 별이 초신성 폭발 뒤 남긴 잔해가 뭉쳐져 생성된다. 이때 잔해의 질량이 태양의 1.4배가 넘으면 강력한 중력에 의해 전자와 원자핵에 모두 뭉쳐져 하나의 큰 원자핵처럼 된다. 그런데 압축 과정에서 회전 에너지는 그대로 보존되기 때문에 팔을 모으고 빙글빙글 도는 피겨 선수처럼 자전 속도가 극적으로 빨라진다. 중성자별의 자전 속도가 극단적으로 빨라지면 강력한 자기장에 의해 엄청난 에너지가 주기적으로 방출되는데, 이를 펄서라고 부른다. 펄서 가운데서는 자전 주기가 1초도 안 되는 ‘밀리세컨드 펄서’도 존재한다. 이렇게 빠른 자전 속도에도 원심력에 의해 파괴되지 않는 비결은 지구 표면에 1000억 배가 넘는 엄청난 표면 중력에 있다. 그런데 블랙홀을 제외하고 우주에서 가장 극단적 천체인 펄서도 생명이 영원할 순 없다. 막대한 에너지를 내뿜으면서 점차 자전 속도가 느려져 어느 순간에는 더 이상 강한 에너지를 방출하지 못하는 죽은 펄서가 된다. 여기까지만 보면 이론적으로 완벽해 보인다. 그런데 과학자들은 몇몇 펄서가 이미 사멸해서 에너지를 방출하지 못해야 함에도 계속해서 에너지를 내뿜으며 살아 있다는 사실을 발견했다. 중국 베이징대 쉬즈하오 연구팀은 PSR J0250+5854와 PSR J2144-3933 같은 좀비 펄서들을 연구해 그 이유를 조사했다. 여러 가능성을 검토한 결과 연구팀은 펄서 표면에 있는 작은 산이 있다면 주변 자기장을 자극해 더 오래 에너지를 방출할 수 있다고 결론 내렸다. 다만 펄서 표면의 산은 우리가 생각하는 수백~수천m 고도의 산이 아니라 높이 1㎝에 불과한 표면의 작은 융기일 것으로 예상했다. 하지만 앞서 언급한 것처럼 밀도가 워낙 높기 때문에 1㎝ 높이의 산이라도 에베레스트산보다 훨씬 무겁다. 여기에 강한 자기장과 빠른 자전 속도가 더해지면 펄서 같은 강력한 에너지 방출이 가능하다는 것이 연구팀의 분석이다. 그런데 중성자별의 강한 중력 때문에 이 작은 산도 붕괴할 수 있다. 연구팀은 이때 나타나는 자전 속도의 미세한 변화를 관측할 수 있을 것으로 기대한다. 세계 최대 단일 구경 전파 망원경 중국 구이저우성의 ‘FAST’(Five-hundred-metre Aperture Spherical Telescope·500m 구경 천체망원경)가 업그레이드되면 이런 변화를 관측할 수 있는 민감도를 갖게 된다. 중성자별에 ‘고도 1㎝ 산’이 얼마나 흔하게 존재하는지, 이들의 수명은 얼마나 되는지 등 많은 질문이 차세대 망원경을 통해 밝혀질 것으로 기대된다.

밀도가 무한대인 블랙홀을 제외하고 우주에서 가장 밀도가 높은 천체는 중성자별이다. 중성자별의 물질을 티스푼에 담는다면 그 무게는 에베레스트산과 비슷하다. 이렇게 밀도가 높은 이유는 무엇일까? 속이 대부분 비어 있는 원자로 구성된 지구와 달리 중성자별은 이름처럼 중성자로만 이뤄진 하나의 거대한 원자핵 같은 구조이기 때문이다. 중성자별은 태양보다 훨씬 무거운 별이 초신성 폭발 뒤 남긴 잔해가 뭉쳐져 생성된다. 이때 잔해의 질량이 태양의 1.4배가 넘으면 강력한 중력에 의해 전자와 원자핵에 모두 뭉쳐져 하나의 큰 원자핵처럼 된다. 그런데 압축 과정에서 회전 에너지는 그대로 보존되기 때문에 팔을 모으고 빙글빙글 도는 피겨 선수처럼 자전 속도가 극적으로 빨라진다. 중성자별의 자전 속도가 극단적으로 빨라지면 강력한 자기장에 의해 엄청난 에너지가 주기적으로 방출되는데, 이를 펄서라고 부른다. 펄서 가운데서는 자전 주기가 1초도 안 되는 ‘밀리세컨드 펄서’도 존재한다. 이렇게 빠른 자전 속도에도 원심력에 의해 파괴되지 않는 비결은 지구 표면에 1000억 배가 넘는 엄청난 표면 중력에 있다. 그런데 블랙홀을 제외하고 우주에서 가장 극단적 천체인 펄서도 생명이 영원할 순 없다. 막대한 에너지를 내뿜으면서 점차 자전 속도가 느려져 어느 순간에는 더 이상 강한 에너지를 방출하지 못하는 죽은 펄서가 된다. 여기까지만 보면 이론적으로 완벽해 보인다. 그런데 과학자들은 몇몇 펄서가 이미 사멸해서 에너지를 방출하지 못해야 함에도 계속해서 에너지를 내뿜으며 살아 있다는 사실을 발견했다. 중국 베이징대 쉬즈하오 연구팀은 PSR J0250+5854와 PSR J2144-3933 같은 좀비 펄서들을 연구해 그 이유를 조사했다. 여러 가능성을 검토한 결과 연구팀은 펄서 표면에 있는 작은 산이 있다면 주변 자기장을 자극해 더 오래 에너지를 방출할 수 있다고 결론 내렸다. 다만 펄서 표면의 산은 우리가 생각하는 수백~수천m 고도의 산이 아니라 높이 1㎝에 불과한 표면의 작은 융기일 것으로 예상했다. 하지만 앞서 언급한 것처럼 밀도가 워낙 높기 때문에 1㎝ 높이의 산이라도 에베레스트산보다 훨씬 무겁다. 여기에 강한 자기장과 빠른 자전 속도가 더해지면 펄서 같은 강력한 에너지 방출이 가능하다는 것이 연구팀의 분석이다. 그런데 중성자별의 강한 중력 때문에 이 작은 산도 붕괴할 수 있다. 연구팀은 이때 나타나는 자전 속도의 미세한 변화를 관측할 수 있을 것으로 기대한다. 세계 최대 단일 구경 전파 망원경 중국 구이저우성의 ‘FAST’(Five-hundred-metre Aperture Spherical Telescope·500m 구경 천체망원경)가 업그레이드되면 이런 변화를 관측할 수 있는 민감도를 갖게 된다. 중성자별에 ‘고도 1㎝ 산’이 얼마나 흔하게 존재하는지, 이들의 수명은 얼마나 되는지 등 많은 질문이 차세대 망원경을 통해 밝혀질 것으로 기대된다.

먼 우주에서 날아온 강력한 전파폭발이 알고 보니 오래전 고장 난 위성에서 방출된 것으로 알려졌다. 지난 25일(현지시간) 스페이스닷컴 등 과학 전문매체는 우리은하 너머에서 온 것으로 여겨진 고속전파폭발(FRB·Fast Radio Burst)이 오래전 고장 난 미 항공우주국(NASA) 위성인 릴레이 2(Relay 2)에서 방출된 것으로 밝혀졌다고 보도했다. 앞서 지난해 호주에 있는 대형 전파망원경 36대로 구성된 ‘호주 스퀘어 킬러미터 어레이 패스파인더(ASKAP)에 우주에서 오는 짧지만 강한 전파 신호인 FRB가 감지됐다. FRB는 초신성이나 빠르게 회전하는 강력한 자기장을 가진 중성자별에서 나오거나 중성자별 간의 충돌에서 발생한다는 주장에서부터 외계생명체가 보내는 신호라는 해석까지 다양한 의견이 있으나 실체는 밝혀지지 않았다. 이에 전문가들이 연구에 나서 이 FRB의 기원을 추적한 결과 흥미로운 결론에 도달했다. 바로 오래전 고장 난 채 방치된 위성 릴레이 2가 유력한 원인으로 드러난 것. 이 위성은 NASA가 1964년 발사한 최초의 통신위성 중 하나로 이듬해까지 작동했지만 1967년 내장된 2개의 트랜지스터가 고장 나면서 오프라인 상태가 됐다. 그러나 어찌 된 영문인지 죽었던 위성이 마치 좀비처럼 되살아나 작동한 셈이다. 연구를 이끈 호주 커틴대학교 전파천문학 연구소 클래시 제임스 교수는 “처음 전파 신호가 감지됐을 때 우주에서 가장 밝을 빛을 내는 천체인 퀘이사를 능가할 정도로 강력했다”며 “놀라운 발견이라는 사실에 흥분을 감추지 못했었다”고 털어놨다. 그러나 후속 연구 결과 FRB가 심우주에서 온 것이 아닌 지구에서 약 4500㎞ 떨어진 릴레이 2에서 발생한 것으로 밝혀졌다. 그렇다면 어떻게 오래전 죽은 위성이 신호를 다시 방출하게 된 것일까? 이에 대해 제임스 교수는 “위성이 미세 유성체와 충돌 후 발생한 정전기 방전(ESD)이나 플라스마 방전이 FRB를 일으켰을 가능성이 높다”고 분석했다.

먼 우주에서 날아온 강력한 전파폭발이 알고 보니 오래전 고장 난 위성에서 방출된 것으로 알려졌다. 지난 25일(현지시간) 스페이스닷컴 등 과학 전문매체는 우리은하 너머에서 온 것으로 여겨진 고속전파폭발(FRB·Fast Radio Burst)이 오래전 고장 난 미 항공우주국(NASA) 위성인 릴레이 2(Relay 2)에서 방출된 것으로 밝혀졌다고 보도했다. 앞서 지난해 호주에 있는 대형 전파망원경 36대로 구성된 ‘호주 스퀘어 킬러미터 어레이 패스파인더(ASKAP)에 우주에서 오는 짧지만 강한 전파 신호인 FRB가 감지됐다. FRB는 초신성이나 빠르게 회전하는 강력한 자기장을 가진 중성자별에서 나오거나 중성자별 간의 충돌에서 발생한다는 주장에서부터 외계생명체가 보내는 신호라는 해석까지 다양한 의견이 있으나 실체는 밝혀지지 않았다. 이에 전문가들이 연구에 나서 이 FRB의 기원을 추적한 결과 흥미로운 결론에 도달했다. 바로 오래전 고장 난 채 방치된 위성 릴레이 2가 유력한 원인으로 드러난 것. 이 위성은 NASA가 1964년 발사한 최초의 통신위성 중 하나로 이듬해까지 작동했지만 1967년 내장된 2개의 트랜지스터가 고장 나면서 오프라인 상태가 됐다. 그러나 어찌 된 영문인지 죽었던 위성이 마치 좀비처럼 되살아나 작동한 셈이다. 연구를 이끈 호주 커틴대학교 전파천문학 연구소 클래시 제임스 교수는 “처음 전파 신호가 감지됐을 때 우주에서 가장 밝을 빛을 내는 천체인 퀘이사를 능가할 정도로 강력했다”며 “놀라운 발견이라는 사실에 흥분을 감추지 못했었다”고 털어놨다. 그러나 후속 연구 결과 FRB가 심우주에서 온 것이 아닌 지구에서 약 4500㎞ 떨어진 릴레이 2에서 발생한 것으로 밝혀졌다. 그렇다면 어떻게 오래전 죽은 위성이 신호를 다시 방출하게 된 것일까? 이에 대해 제임스 교수는 “위성이 미세 유성체와 충돌 후 발생한 정전기 방전(ESD)이나 플라스마 방전이 FRB를 일으켰을 가능성이 높다”고 분석했다.

수소는 우주에서 가장 흔한 물질이다. 그런 만큼 우주에 있는 별의 주요 구성 성분 역시 수소다. 별은 이 수소를 핵융합 연료로 사용해 막대한 에너지를 방출하면서 밝게 빛난다. 하지만 이와 같은 자연법칙에도 예외는 있게 마련이다. 최근 중국 과학자들은 수소 대신 헬륨으로 구성된 매우 특이한 별을 발견했다. 연구팀이 처음에 포착한 것은 밀리세컨드 펄서였다. 펄서는 태양보다 훨씬 무거운 별이 초신성 폭발로 최후를 맞이한 후 남긴 잔해들이 뭉쳐져 만들어진 중성자별의 일종이다. 중성자별 가운데 아주 빠르게 자전하면서 규칙적으로 에너지를 내뿜는 경우 펄서로 분류된다. 그리고 이 중에서도 자전 속도가 매우 빨라 1초보다 짧은 밀리세컨드 단위일 경우 밀리세컨드 펄서로 부른다. 2020년 발견된 ‘PSR J1928+1815’ 역시 이런 밀리세컨드 펄서 중에 하나다. 하지만 과학자들은 이 펄서가 혼자가 아닌 쌍성계라는 사실을 알아내고 추가 관측을 진행했다. 중국의 500m 구면 전파망원경으로 PSR J1928+1815를 4년간 관측한 결과 아직 죽지 않은 동반성의 질량은 태양의 1~1.6배 정도였으며 태양과 수성보다 50배 더 가까운 거리에서 3.6시간을 주기로 펄서와 함께 공전하고 있었다. 하지만 정말 놀라운 것은 이 동반성의 구성 물질이었다. 왜냐하면 수소가 아닌 헬륨으로 이뤄진 별이었기 때문이다. 매우 가까운 거리에서 강력한 에너지를 내뿜는 펄서가 공전한 결과 동반성이 표면에 있던 가벼운 수소를 거의 다 날려 보낸 것이 원인으로 생각된다. 수소가 없으면 핵융합 반응이 멈출 것 같지만, 사실 헬륨만 있어도 핵융합 반응은 가능하다. 헬륨을 탄소나 산소 같은 더 무거운 원소로 만드는 헬륨 핵융합 반응이 일어나기 때문이다. 중심부에 수소가 고갈되고 무거운 헬륨에 가득 찬 나이 든 별에서는 헬륨 핵융합이 흔한 일이지만, 이렇게 수소층이 모두 벗겨져 헬륨만 남은 별에서 헬륨 핵융합 반응이 일어나는 것은 처음 관측되는 일이다. 하지만 이 별도 결국은 최후를 맞이하게 된다. 미래에는 결국 중심부 헬륨이 모두 고갈되고 산소와 탄소가 중심부에 쌓이게 되는데, 현재 질량으로는 더 무거운 원소로 핵융합 반응을 일으킬 수 없기 때문이다. 결국 최종적으로는 헬륨도 날려 보내고 남은 산소와 탄소가 뭉쳐 백색왜성이 될 것으로 보인다. 따라서 이 쌍성계는 먼 미래 중성자별-백색왜성 쌍성계가 될 것으로 예측된다.

알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 블랙홀이나 중성자별 같은 두 개의 거대한 천체가 상호작용하면 중력파를 방출한다. 일반 상대성 이론은 우주를 시간과 공간으로 이뤄진 그물로 보고, 질량을 가진 물체가 시공간 그물을 휘게 만들어서 중력이 생긴다고 말한다. 물체가 가속운동이나 회전운동을 하면 시공간의 그물이 출렁이면서 변화가 파도처럼 퍼져 나가는데, 이것이 중력파다. 중력파는 특수 관측소에 있는 탐지기 길이의 미세한 변화를 통해 측정된다. 현재 사용되는 수치 모델로는 중력파 해석 시간이 오래 걸리고, 그만큼 계산 비용도 많이 든다는 단점이 있다. 이런 상황에서 독일 베를린 훔볼트대 물리학 연구소, 막스 플랑크 중력 물리학 연구소, 본대학 이론물리학 연구센터, 수학 연구센터, 뮌헨 기술대 자연과학부, 영국 런던퀸메리대 물리·천문학과 공동 연구팀은 상호 작용하는 두 개의 블랙홀이나 블랙홀과 중성자별에 의해 생성되는 중력파를 높은 정밀도로 예측할 수 있는 방법을 개발했다. 이번 연구를 통해 보다 정확하게 중력파를 예측하고 모형화할 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 5월 15일 자에 실렸다. 연구팀은 섭동이론을 사용해 이체(2-body) 문제에 접근했다. 섭동이론은 수학과 물리학에서 풀 수 없는 문제의 해를 매우 작은 매개변수들의 테일러급수로 나타내거나 양자역학에서 양자 상태의 시간 변화를 생성하는 연산자인 해밀토니안에 작은 항이 더해져 에너지 준위 등이 바뀌는 정도를 다룰 때 사용한다. 간단히 말하자면 해석하기 복잡한 물리 시스템을 기본 시스템과 작은 교란(섭동)으로 나눠 분석함으로써 문제를 근사적으로 해결하는 방법이다. 연구팀은 이를 활용해 블랙홀 두 개 또는 블랙홀과 중성자별이 서로 스쳐 갈 때 어떤 일이 일어나는지 분석했다. 연구팀은 양자장 이론에서 활용되는 최첨단 기술을 사용해 산란각도, 방출 에너지, 반동과 같은 관측할 수 있는 양에 대해 5차 포스트 민코프스키(5PM) 차수 계산을 수행했다. 계산 결과 방출 에너지와 반동에서 끈 이론과 대수기하학에 뿌리를 둔 순수 기하학적 구조인 ‘칼라비야유 3차 다양체’가 나타났다. 칼라비야유 다양체는 도넛 모양 공간의 6차원 형태로 알려진 수학적 구조다. 순수 수학적으로 발명된 구조가 실제 측정 가능한 천체물리 현상을 설명하는 데 관련성을 갖는다는 것이 증명된 것이다. 이를 통해 거대 천체 2개의 상호작용으로 만들어진 중력파에 대한 매우 정밀한 예측치를 계산할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 이번 연구로 확인한 계산의 정밀도는 고속 산란 궤적을 가진 타원형 결합 시스템에서 신호를 포착하는 데 유용하다. 기존에 느리게 움직이는 블랙홀에 대한 가정은 고속 산란 궤적에서는 적용할 수 없기 때문에 새로운 계산법이 필요했다. 연구팀에 따르면 이번 연구 결과는 중력파 물리학 분야를 발전시킬 뿐만 아니라 추상적 수학과 관측할 수 있는 실제 우주의 틈을 메우게 해 줄 것으로 기대된다. 연구를 이끈 얀 플레프카 훔볼트대 교수(양자장·끈 이론)는 “두 개의 거대 천체가 상호작용하는 물리적 과정은 개념적으로는 단순하지만, 수학적·계산적 정밀도는 엄청나다”며 “이번 연구 결과는 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)나 유럽의 아인슈타인 망원경, 우주 기반 레이저 간섭계 우주 안테나(LISA) 등이 내놓을 미래 중력파 실험 관측 결과를 빠르고 정확하게 해석하는 데 상당한 도움이 될 것”이라고 말했다.

한국 컨소시엄이 원자력 종주국인 미국에 연구용 원자로 기술을 수출하는 데 성공했다. 1959년 미국으로부터 연구용 원자로를 도입하며 원조받던 나라에서 66년 만에 기술을 ‘역수출’하는 나라가 된 것이다. 과학기술정보통신부는 한국원자력연구원·현대엔지니어링·미국 MPR사 컨소시엄이 미국 미주리대가 국제 경쟁입찰로 발주한 ‘차세대연구로 사업’의 첫 단계인 초기설계 계약을 체결했다고 17일 밝혔다. 계약 규모는 1000만 달러(약 142억원) 수준이다. 이 사업은 미국 미주리대의 20㎿(메가와트)급 고성능 신규 연구로 건설을 위한 설계 사업이다. 연구로는 우라늄 핵분열 때 나오는 중성자를 이용해 전기 대신 의료용 동위원소나 반도체, 신소재 등을 생산하는 장치다. 초기설계는 약 6개월간 진행되며 이후 개념설계와 기본설계 2단계 계약은 추가 협의를 거쳐 추진될 예정이다. 정택렬 과기정통부 공공융합연구정책관은 “최종 협상 대상자 선정은 1·2단계가 포함된 것으로 이변이 없는 한 2단계 사업도 우리가 맡을 것”이라고 했다. 건설을 포함한 전체 사업 규모는 8~10년간 10억 달러(1조 4178억원)로 추정된다. 계약 체결의 성공 요인으로는 독보적 기술과 풍부한 경험이 꼽힌다. 원자력연이 개발한 우라늄 밀도를 기존 대비 10% 높여 핵확산 저항성을 키운 세계 유일의 고성능 연구로 핵연료 기술이 수주의 핵심 요인으로 평가된다. 말레이시아, 요르단 연구로 사업 등 해외 사업의 성공적 수행 경험도 밑바탕이 됐다. 과기정통부는 이번 계약을 계기로 한국이 연구용 원자로 수출 선도국으로 도약할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 현재 54개국에서 연구로 227기를 운영 중인데 이 중 70% 이상인 161기가 40년이 넘은 노후 연구로다. 이번 성과는 미국 에너지부가 한국을 민감국가 리스트에 올린 지 하루 만에 전해졌다. 이창윤 과기정통부 1차관은 “미국 측에서 민감국가 지정이 한미 간 과학기술 동맹 관계를 훼손할 일은 없을 것이라는 입장을 밝혔는데 이번 수출 계약이 그 결과물로 나타난 것”이라고 강조했다.