유럽우주국(ESA)의 XMM-뉴턴 우주망원경이 기존에 예측되던 펄서 밝기에 비해 1000배나 더 밝은 펄서를 발견했다고 ESA가 지난 17일(현지시간) 발표했다. 펄서란 거대 질량의 별이 붕괴하고 남긴 중성자별로, 빠른 속도로 자전하면서 규칙적인 전파를 방출하는 전파 천체이다. 이번에 발견된 펄서는 지금까지 발견된 펄서 중 가장 먼 거리의 것으로, 무려 5000만 광년 떨어진 거리에 있다. 강한 자기장을 갖고 빠른 속도로 회전하는 중성자별은 일정주기로 펄스상(狀) 전파를 양방향으로 대칭 방사한다. 방출 빔이 지구를 향할 때만 펄서의 복사 활동을 관측할 수 있는데, 마치 등대가 깜박이는 듯한 이러한 펄서의 활동을 '등대효과'라고 한다. ​펄서는 거대 질량의 별이 별의 일생 마지막 단계에 초신성(超新星) 폭발에 의해서 바깥층이 날아가버리고, 별의 중심핵이 수축되어 만들어진 중성자별로, 질량은 태양과 비슷하지만 지름은 약 10km로 매우 작은 고밀도 천체이다. 이 X선 방출원인 펄서는 이제껏 발견된 가장 밝은 펄서에 비해 10배 정도 더 밝은 것으로 밝혀졌는데, 1초 동안 방출하는 에너지 양이 태양이 3.5년 동안 방출하는 것과 맞먹는다. XMM-뉴턴 망원경은 지난 13년 동안 조직적인 펄서 탐색작업을 벌인 결과 1.13초 간격으로 X선을 방출하는 이 펄서를 발견하게 된 것이다. 펄스 신호는 미항공우주국(NASA)의 누스타(Nustar) 저장 데이터에서도 확인되어 추가적인 정보를 얻을 수 있었다. 지안 루카 이스라엘 박사는 "종전에는 동반성을 다 잡아먹은 블랙홀이 태양 질량의 10배 이상 될 때만이 그 같은 에너지를 방출할 수 있는 것으로 믿어졌지만, 이 X선 방출원의 빠른 자전속도와 규칙적인 맥동이 바로 블랙홀이 아니라 중성자별임을 확인해주는 증거물"이라고 말했다. 지안 박사는 이탈리아 로마에 있는 INAF-천문대 소속으로, 관련된 연구논문은 이번 주 '사이언스'지에 발표되었다. 그는 “이번에 발견된 펄서는 고광도의 별에 있어서 물질의 '강착' 과정에 관한 우리의 지식을 크게 확장해줄 사례가 되리라 본다"면서 "보통 중성자별의 물질 강착으로 방출되는 최대 에너지에 비해 무려 1000배나 방출하는 이 펄서는 기존의 우리 중성자별 이론 모델로는 설명되지 않는 만큼 모델에 다른 요소들이 추가되어야 할 것으로 본다"고 전망했다. 과학자들은 이 중성자별의 표면 가까이에 강력한 자기장이 형성되어 있을 것으로 믿고 있다. 이 자기장이 물질강착을 추동하여 그처럼 강력한 X선 방출을 가능게 하는 것으로 보고 있다. “이 특이한 펄서의 발견은 거리와 광도, 자전속도 등에서 ESA 신기록을 수립했습니다. 그리고 기존 펄서에 관한 우리의 지식을 크게 바꾸어놓고 있습니다." ESA XMM-뉴턴 프로젝트 과학자인 노베르트 샤르텔의 소감이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

우주에는 매우 독특하고 신기한 형태를 가진 천체가 다수 존재한다. 마치 살아있는 심해 생물체처럼 보이는 독특한 성운도 그중 하나다. 위의 사진에서 보이는 꼬리를 가진 천체의 정체는 미국항공우주국(NASA)의 스피처 적외선 우주 망원경과 찬드라 X선 관측 위성이 관찰한 중성자별이다. 중성자별은 태양보다 무거운 별의 잔해가 뭉쳐서 생긴 천체이다. 백색왜성과 블랙홀 사이 질량을 가진 고밀도 천체로 이 중에는 자전에 따라 규칙적으로 강력한 에너지를 방출하는 펄서(Pulsar)가 있다. 펄서는 비교적 최근에 생성된 중성자별로 수초에서 밀리초(1/1000초)의 주기로 강력한 전파와 물질을 뿜어낸다. 펄서 주변의 가스가 이 과정에서 주변으로 퍼지면서 여러 가지 형태의 펄서풍 성운(PWN, Pulsar wind nebulae)을 만든다. 하지만 보통 지구에서 거리가 아주 멀기 때문에 그 세부적인 구조는 알기 어려운 경우가 대부분이다. 펜실베이니아주립대의 과학자들은 NASA의 스피처 및 찬드라 관측 위성을 이용해서 지구에서 800광년 떨어진 펄서인 게밍가(Geminga)와 3,300광년 떨어진 펄서 B0355+54를 관측했다. 여기서 연구팀은 주변으로 뻗어 있는 꼬리(tail) 구조를 확인할 수 있었다. 꼬리의 형성 원인은 강력한 자기장에 의해 펄서의 양 자전축 방향으로 가스의 제트가 뿜어져 나오는 것으로 생각된다. 그런데 이 펄서 자체가 한쪽으로 이동 중이기 때문에 성간 가스와의 상호 작용 때문으로 한쪽으로 꺾인 모습을 하게 된 것이다. 동시에 펄서 주변 가스 역시 펄서의 이동에 따라 가운데 꼬리를 만들게 된다. 다만 게밍가는 지구에서 바라볼 때 위에서 내려보는 방향이라 세 개의 꼬리가 잘 보이고 B0355+54는 측면에서 보기 때문에 꼬리가 하나밖에 보이지 않는 차이다. 이 꼬리의 길이는 태양 - 명왕성 거리의 1,000배에 달한다. 두 펄서는 모두 생성된 지 50만 년 정도밖에 되지 않은 젊은 펄서로 초당 5회가량 자전하며 우주를 여행하고 있다. 비록 우리가 맨눈으로 볼 수는 없지만, 독특한 꼬리를 만들면서 지나가는 펄서의 모습은 우주의 또 다른 신비다. 사진=독특한 꼬리를 지닌 중성자별(위)와 개념도(아래) 출처: NASA/JPL-Caltech 등 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

우주에서 가장 신비스러운 대상인 블랙홀에 대한 연구가 본격화된다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 초질량 블랙홀과 중성자별을 관측하기 위한 새 우주망원경을 2020년 내에 발사할 예정이라고 밝혔다. ‘인터스텔라’ 등 여러 SF영화로 우리에게 더 익숙한 블랙홀은 빛까지 모두 흡수해서 검은 구멍처럼 보이는 천체로, 질량이 아주 큰 별이 수명을 다해 초신성으로 폭발한 뒤에 생긴다. 일반적으로 대부분의 은하들은 그 중심부에 우리 태양 질량의 수백 만 배 심지어 수십억 배가 넘는 거대한 블랙홀을 품고 있다. 우리 은하에도 역시 태양 질량의 약 400만 배가 넘는 거대 블랙홀이 조용히 존재하지만 어떤 블랙홀은 주변의 물질까지 게걸스럽게 잡아먹으며 요란을 떨기도 한다. 　 이 때문에 블랙홀은 파괴의 상징으로 여겨지지만 동시에 창조의 존재이기도 하다. 블랙홀은 주위에 인접한 가스와 먼지, 심지어 별까지 통째로 삼킨 후 마치 트림처럼 외부로 가스를 방출하는데 이 과정을 통해 은하 내에 새로운 별들이 태어나고 형성되기 때문. NASA가 주목하는 것은 블랙홀이 방출하는 고에너지 X선이다. 우주망원경을 통해 이 X선을 관측해 블랙홀의 중력 등 신비한 비밀을 밝혀내겠다는 것이 이번 미션의 목표다. NASA 폴 허츠 천체물리학 박사는 “블랙홀은 빛까지 빨아들이기 때문에 직접적인 이미지를 촬영할 수 없다"면서 "그 대신 블랙홀이 방출하는 X선 같은 고에너지를 관측해 연구자료를 얻을 수 있다"고 설명했다. 이어 "이번 미션의 총 예산은 1억 8800만 달러(약 2200억원)"라면서 "우주에 대한 새로운 창을 여는 계기가 될 것"이라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

태양 같은 주계열성은 마지막 순간에 가스를 잃고 남은 부분은 뭉쳐서 백색왜성이 된다. 백색왜성은 남은 물질이 중력으로 압축되기 때문에 태양질량을 지닌 백색왜성도 지구보다 약간 큰 정도에 지나지 않을 정도로 작다. 오랫동안 그 존재가 알려지지 않은 이유다. 과학자들은 중력을 행사하는 보이지 않는 어두운 동반성을 찾다가 시리우스 B 같은 백색왜성을 찾아냈다. 백색왜성은 핵융합 반응의 부산물인 산소와 탄소가 뭉쳐서 구성되며 본래 별을 이루던 가스인 헬륨과 소수로 된 대기를 가지고 있다. 비록 핵융합 반응은 일어나지 못하지만, 워낙 뜨거운 물질이 압축되어 있어 표면 온도는 섭씨 수만 도에 이른다. 보통은 이런 고온 환경에서 가스가 탈출하지만, 백색왜성의 표면 중력은 워낙 강해서 물질을 붙잡아 둘 수 있다. 과학자들은 태양 같은 별의 미래를 알아내기 위해 백색왜성에 대한 많은 연구를 진행했지만, 워낙 작은 크기와 별보다 어두운 밝기 때문에 상세한 것을 알아내는 데 어려움이 있었다. 최근 노스캐롤라이나대학의 연구팀은 미항공우주국(NASA)의 케플러 우주 망원경 데이터를 이용해서 PG 0112+104이라는 백색왜성의 대기 구성과 밝기 변화를 연구했다. 이 백색왜성은 태양 질량의 0.5배 정도이며 표면 온도는 3만도 이상이다. 헬륨이 풍부한 대기를 지닌 백색왜성으로 특이한 점은 미세한 밝기 변화가 주기적으로 일어난다는 것이다. 이는 케플러 관측 이전의 지상 관측에서는 발견되지 않았던 사실이다. 연구팀은 표면의 자기장에 의해 밝기가 균일하지 않으면서 백색왜성이 빠르게 자전하는 것이 이와 같은 밝기 변화의 원인이라고 보고 있다. 그 주기는 10.17시간이다. 각운동량 보존 법칙에 의해서 별이 본래 크기보다 축소되면 자전 주기가 짧아진다. 이는 피겨 선수가 회전하면서 손을 모으는 동작에 비교할 수 있다. 따라서 백색왜성은 항성보다 자전 주기가 짧으며 중성자별처럼 극단적으로 압축된 경우에는 1초 이하로 줄어들기도 한다. 이번 연구 결과는 백색왜성의 자전 주기가 예상대로 상당히 짧다는 것을 보여주고 있다. 다만 정확한 자전 속도 측정을 위해서 표면 구조에 대한 더 상세한 정보가 필요하다. 백색왜성은 우리와는 관계없는 별세계로 느껴진다. 하지만 먼 미래 태양이 겪게 될 운명이기도 하다. 만약 우리 지구가 마지막 순간에 살아남는다면 영겁의 세월 동안 한때 태양이었던 백색왜성 주변을 공전하면서 지내게 될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

국제학술지 ‘사이언스’가 ‘올해의 10대 과학 연구 성과’를 23일자에 발표했다. 그중 3위까지의 선정 대상을 소개하면 다음과 같다. 1위로 선정된 것은 레이저간섭계 중력파관측소(LIGO·라이고) 연구단이 처음으로 확인한 중력파 발견이다. 중력파는 100년 전 알베르트 아인슈타인이 예측한 것이다. 2위는 지구에서 가장 가까운 지구형 행성 ‘프록시마 b’의 발견이고, 3위는 인공지능(AI) 알파고가 이세돌과의 대국에서 승리한 것이다. 1위 - 100년 전 아인슈타인이 예측한 중력파 첫 검출 한국, 한국 등 13개국 1천 여 명의 과학자가 참여한 라이고 연구단은 25년간의 노력 끝에 중력파를 검출하는 데 성공했다. ‘시공간의 잔물결’로 불리는 중력파는 천체의 중력붕괴나 중성자별끼리의 쌍성 합체, 초신성폭발 등으로 발생하는 것으로, 광속으로 파도처럼 전달되는 시공간의 왜곡으로, 100년 전 아인슈타인이 그 존재를 예측한 것이다. 이번에 검출된 중력파는 거대 질량의 두 블랙홀이 충돌하면서 발생한 것으로, 물결처럼 퍼져나가며 주변 시공간을 휘게 한다. 이 때문에 중력파를 검출하면 블랙홀과 중성자성 같은 천체에 대한 시공간 정보를 얻을 수 있다. '사이언스'는 “우주에서 일어나는 초대형 사건들을 엿들을 수 있는 새로운 길이 열렸다”고 평가했다. 2위- 가장 가까운 지구형 행성 ‘프록시마 b’ 발견 프록시마 b 행성은 현재까지 발견된 ‘제2의 지구’ 후보 중 지구에서 가장 가깝다. 이 외계행성은 지구-태양 간 거리의 약 27만 배에 해당하는 약 4.2광년(1광년은 약 10조㎞) 거리에 있는 적색왜성 ‘프록시마 센타우리’ 주위를 11.2일을 주기로 공전한다. 생명거주 가능지역인 '골디락스 존' 궤도를 돌고 있는 것으로 보이는 이 외계행성은 ‘안정적인 대기권’과 ‘물이 액체 상태로 존재할 수 있는 온도(0~100도)’ 등을 갖췄다. 천문학계는 그동안 3천 개가 넘는 외계행성을 발견했지만, 대부분이 수백 광년 떨어져 있어 탐구하기 어려웠다. 바위 행성인 프록시마 b의 크기는 지구의 1.3배로, 대기가 존재할 가능성이 있으며, 이 경우 표면 온도가 섭씨 30∼40도 정도이고, 대기가 없으면 영하 30∼40도일 것으로 예측되고 있다. 3위- 인공지능(AI) ‘알파고’, 이세돌 9단과의 대국서 승리 3위 성과로는 구글 딥마인드의 바둑 인공지능(AI) ‘알파고’가 차지했다. 지난 3월 서울 코엑스에서 지구촌 바둑 최강자 이세돌 9단을 꺾으면서 인류를 경악케 했다. 인공지능이 체스 최강자는 일찍이 제압했지만, 인류가 개발한 게임 중 가장 심오하다는 바둑은 넘을 수 없는 장벽으로 여겨졌기 때문이다. 알파고가 이 같은 한계를 극복할 수 있었던 것은 프로기사들의 기보를 바탕으로 자신과의 대국을 반복하면서 승률을 높이는 ‘딥러닝’ 기술 덕분이다. '사이언스'는 “올해 인공지능(AI)은 알파고를 통해 중요한 반환점을 돌아섰다”고 평가했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

암 치료 전략을 생각해 보면 마치 전쟁을 치르는 것과 같은 느낌을 자주 받는다. 암 치료에도 적의 주력부대를 괴멸시키거나 보급로를 차단해 무력화하는 전략이 종종 동원되기 때문이다. 현재 주로 사용하는 암 치료법은 암세포를 직접적으로 공격해 없애는 것이다. 수술적 제거, 방사선 조사, 항암제 투여의 공통점은 암세포를 직접 공격해 없애는 방법이라는 것이다. 하지만 암세포와의 전쟁에서 이기기 위한 전략으로 보급로를 차단하는 방법을 사용하는 경우도 많다. 암 치료법 연구에도 일종의 트렌드가 있다. 지금으로부터 약 18년 전에는 ‘혈관생성억제법’에 대한 연구가 세간의 관심을 끌었다. 혈관생성억제법에 대한 개념 자체는 훨씬 이전부터 존재했지만 주다 포크먼 미국 하버드의대 교수가 ‘앤지오스타틴’과 ‘엔도스타틴’을 이용한 항암 효과를 증명해 냄으로써 본격적인 스포트라이트를 받게 됐다. 결국 ‘베바시주맙’(상품명 아바스틴)이라는 항암제가 미국 식품의약국(FDA)의 허가를 받아 암 환자들에게 투여되고 있다. 이런 항암 치료 전략의 개념은 다음과 같다. 암세포도 살아가기 위해서는 영양분을 공급받아야 한다. 따라서 암세포가 일정 크기 이상 자라면 혈관을 만들어 산소와 영양분을 공급하게 된다. 그런데 암세포에 영양을 공급하는 혈관을 파괴하거나 새로운 혈관이 생성되지 못하게 하면 암세포도 절대 생존할 수 없다. 아울러 암세포의 원격 전이도 막을 수 있다. 암 치료의 획기적인 발전이라고 볼 수 있다. 최근에는 종양 혈관을 파괴할 수 있는 방사선치료법 아이디어도 고안됐다. 방사선은 크게 세 가지로 나뉜다. 바로 감마선, 베타선, 알파선이다. 통상 우리가 알고 있는 방사선은 감마선에 해당한다. 감마선은 투과력이 가장 높고 베타선은 중간 정도이고 알파선은 매우 낮다. 알파선이란 핵반응 시 방출되는 ‘헬륨핵’을 말한다. 헬륨핵은 투과력이 매우 낮아 옷만 입고 있어도 피부로 방사선이 투과하지 못한다. 최대 투과할 수 있는 깊이는 2㎜ 이내다. ‘보론’이라는 물질에 중성자를 충돌시키면 알파선이 발생한다. 이렇게 발생한 알파선으로 암세포를 죽이는 방법을 ‘보론 뉴트론 캡처 치료’(BNCT) 라고 한다. 암세포에 영양분을 공급하는 혈관 내에 알파선을 쬐면 알파선이 혈관 내피세포만 파괴하고 다른 정상세포에는 영향을 미치지 않는다. 결국 혈관의 생성이 중지되고, 그 혈관으로 영양분을 공급받는 암세포는 굶어 죽게 된다. 정상조직에 별다른 손상을 주지 않는다는 장점이 있어 종양을 치료하는 의사 입장에서는 매력적일 수밖에 없다. 이론적으로는 매우 이상적인 치료법이지만 넘어야 할 산도 있다. ‘어떻게 중성자를 종양조직에 조사할 수 있느냐’는 방법의 문제다. 그리고 보론을 원하는 혈관 생성 부위에만 쬐는 문제도 해결해야 한다. BNCT가 비록 각광을 받는 주제는 아니지만, 일본에는 이 한 가지 주제만 30년 넘게 연구하는 연구자도 이미 여러 명이라는 사실이 최근 발표됐다. 한 우물을 판 연구자들이 이런저런 궁리를 하다가 혈관생성억제란 주제에 BNCT를 적용한 것이다. 이런 연구자들이 있기 때문에 일본에서 올해 노벨 생리의학상을 받지 않았을까. 남이 어떤 연구를 하는지에 대한 관심은 자신의 연구에 어떤 도움이 될지 분석하는 데 그쳐야 할 뿐 단순히 트렌드만 좇아가는 연구는 바람직하지 않다. 우리나라에서도 인내심이 강하고 성실한 연구자들이 자신의 연구 주제에 집중할 수 있는 연구 지원 풍토가 형성됐으면 한다.

1963년 11월 22일 텍사스를 방문한 존 F 케네디 대통령이 리 하비 오즈월드에게 저격당한 사건은 전 세계에 커다란 충격을 준 사건 중 하나다. 피의자였던 오즈월드는 사건 이틀 뒤 나이트클럽 운영자인 잭 루비에 의해 살해당했다. 이후 암살의 진상조사를 위해 만들어진 워런 위원회는 10개월여 동안의 활동을 통해 케네디 암살은 오즈월드 단독 범행이며 오즈월드의 피살에는 배후가 없다고 결론 내렸다. 그렇지만 미스터리한 잭 루비의 존재와 그의 범행 의도, 배후에 대한 많은 뒷이야기들이 여전히 회자되고 있다. 당시 워런 위원회는 오즈월드가 실제로 총을 쐈는지에 대해 관심을 집중했다. 가장 중요한 증거는 그의 손과 오른뺨에서 채취한 파라핀과 리무진, 케네디 대통령과 동승했던 텍사스 주지사 코넬리에게서 채취한 여섯 개의 총알 파편이었다. 미국 원자력위원회의 권고에 따라 워런 위원회는 1963년 12월 인류가 확보한 가장 민감하고 신뢰도 높은 분석법인 중성자방사화분석에 착수한다. 연구용 원자로를 이용하는 중성자 방사화 분석은 시료를 중성자로 방사화시키면, 방사화된 핵이 붕괴하면서 내뿜는 감마선을 측정해 핵종의 종류와 양을 결정하는 것이다. 이 분석법은 80여개 원소를 동시 분석할 수 있으며 보통 (100만분의1)~ppb(10억분의1) 수준의 검출 능력을 갖지만 잘 제어된 분석 조건에서는 ppt(1조분의1) 이하의 극미량까지도 분석할 수 있다. 2개월에 걸친 분석 결과 오즈월드의 손에서 채취한 파라핀에서는 바륨과 안티몬이 검출되었으나 오른뺨의 파라핀에서는 검출되지 않았다. 이는 오즈월드가 총을 쏘지 않았으며 다른 저격범이 있을 수 있다는 의미였다. 반면 총알 파편의 납 속 안티몬 함량에 대한 분석 결과는 파라핀 분석 결과와는 다르게 ‘제3의 총알’은 없는 것으로 나와 오즈월드가 단독범임을 나타내는 것으로 해석되었다. 이런 상반된 과학적 결론은 이후 다양한 해석을 낳는 원인이 되었다. 어쨌든 미스터리한 대통령 암살의 진실을 풀기 위해 쓰인 중성자 방사화 분석법은 1950년대 초에 미국 과학수사에 등장했다. 이후 1960년대 초 살인 혐의와 관련된 증거 분석법으로 법정에서 인정받기 시작한 뒤 과학수사 분야에서 중요한 역할을 차지하고 있다. 과학수사에서는 범죄 단서를 찾기 위해 극히 적은 양일 수도 있는 증거시료를 가급적 손상하지 않은 상태에서 분석해야 한다. 중성자방사화분석법은 화학적 분리과정 없이 비파괴 분석할 수 있다는 점과 시료의 화학적 형태나 구조에 관계없이 정밀한 분석이 가능하다. 이 때문에 용의자와 범죄 현장의 증거물 간 연관성을 쉽게 결정할 수 있도록 해 과학 수사에 자주 활용되고 있다.

　중국이 세계 최소형 원자력 발전소를 개발해 남중국해 인공섬에 설치할 가능성이 있다는 보도가 나왔다. 　중국과학원 핵에너지안전기술연구소(INEST) 연구진은 길이 6.1m, 높이 2.6m의 화물 컨테이너에 들어갈 수 있는 세계 최소형 원자로 ‘허뎬바오’를 5년 내 개발하기 위해 연구하고 있다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP) 등이 11일 보도했다. 　보도에 따르면 허뎬바오는 10㎹(메가와트)의 전력을 생산, 5만 가구에 공급할 수 있다. 　연구진은 허뎬바오가 연료 재충전 없이 수십 년간 운영될 수 있다고 설명했다. 　중국 인민해방군(PLA)이 허뎬바오 연구 자금 일부를 지원했다. 　연구진은 허뎬바오에 이용된 기술이 1970년대 옛 소련 해군이 핵잠수함에 사용한 소형 납 냉각 열중성자로 기술과 유사하지만,이러한 군사 기술을 육지에서 이용하는 것은 처음일 것이라고 주장했다. 　연구에 참여한 황췬잉 교수는 “일부 자금이 군에서 왔지만 최종적으로 기술이 민간 이용자들에게 혜택을 제공하기를 바란다”고 말했다. 　SCMP는 허뎬바오가 영유권 분쟁 지역인 남중국해 인공섬에 설치될 가능성이 있다고 전했다. 　연구진은 먼지나 연기를 생성하지 않기 때문에 작은 섬 주민들조차 존재를 거의 알 수 없을 것이라고 설명했다. 　허뎬바오가 많은 양의 전기를 생산하고 해수를 담수화할 수 있지만 사고 발생 시 심각한 환경 문제가 발생할 수 있다는 우려도 나왔다. 　중국해양대 한 교수는 남중국해에서 원전 사고가 발생하면 방사능에 오염된 생선과 해산물이 식탁에 오를 수 있으며 해류가 방사능 쓰레기를 멀리 떨어진 해안으로 이동시킬 수 있다며 중국이 남중국해 섬에 원전을 설치하기 전에 정치, 군사적 이익뿐 아니라 잠재적 환경 영향에 대한 과학적 평가를 종합적으로 시행해야 한다고 주장했다. 　류지영 기자 superryu@seoul.co.kr

외교부 “안보리 결의 명백한 위반…국제기구와 대응방안 긴밀 협의” 북한 원자력연구원이 17일 일본 교도통신에 핵무기 원료용 플루토늄 생산을 재개했다고 공식 시인한 것은 핵무기를 미국 본토까지 날려 보낼 수 있는 소형화와 다종화 능력을 강조하는 한편 국제사회의 대북 제재 전선에도 균열을 일으키려는 의도로 분석된다. 외교부 당국자는 이날 “보도된 대로 북한이 재처리를 했다면 이는 북한의 모든 핵 프로그램 관련 활동을 금지한 안전보장이사회 결의의 명백한 위반”이라며 “정부는 관련국 및 국제기구들과 대응방안을 긴밀히 협의해 나갈 것”이라고 밝혔다. 정보 당국은 북한이 2013년 4월 공언한 대로 플루토늄을 만들기 위한 재처리 활동을 이미 시작한 것으로 보고 매년 영변 핵시설 단지에서 핵무기 1~2개 분량의 플루토늄(6㎏)을 추출할 수 있을 것으로 평가한다. 북한이 핵무기의 재료인 고농축우라늄(HEU)과 플루토늄 가운데 유독 플루토늄에 집착하는 이유는 핵탄두를 미사일에 싣고 날릴 수 있을 수준으로 소형화하는 데 플루토늄이 유리하기 때문이다. 군 관계자는 “북한은 이미 여러 차례 핵실험으로 플루토늄탄 설계기술을 확보했을 것”이라며 “플루토늄은 고농축우라늄보다 중성자에 반응하는 핵 특성이 좋아 우라늄의 절반 수준인 5~8㎏만으로도 핵폭발을 일으킬 수 있다”고 설명했다. 북한은 그동안 비밀리에 진행하던 플루토늄 재처리를 공론화하면서 국제사회의 제재에도 불구하고 핵개발을 지속하겠다고 시위한 셈이다. 이에 따라 제재의 실효성에 대한 의문이 제기되고 더 강한 조치를 해야 한다는 주장이 이어질 것으로 예상된다. 정영태 통일연구원 선임연구위원은 “미국이 북한의 대화 제의를 거부하고 있기 때문에 핵을 지속적으로 개발할 수밖에 없게 만드는 책임은 미국에 있다고 대외적으로 공표하는 것”이라고 분석했다. 김용현 동국대 북한학과 교수는 “북한의 이번 발표는 한국·미국과 중국이 사드 문제를 놓고 갈등을 겪는 상황에서 동북아에 긴장을 조성함으로써 대북 제재 전선에 균열을 꾀하는 목적도 있다”며 “핵 재처리가 반드시 핵실험으로 이어지는 것은 아니지만 국제사회의 이목을 끄는 것이 1차적 목적”이라고 말했다. 장용석 서울대 통일평화연구원 책임연구원은 “한·미가 중국과의 대화 협력을 지속적으로 모색하고 있는 상황에서 북한이 5차 핵실험을 섣불리 감행하기는 쉽지 않을 것”이라고 전망했다. 하종훈 기자 artg@seoul.co.kr 황비웅 기자 stylist@seoul.co.kr

우리가 사는 은하는 태양 같은 항성 수천억 개가 모인 거대한 집단이다. 하지만 이 은하 역시 더 큰 구조인 은하단을 이루는 평범한 구성원에 지나지 않는다. 사실 우리 은하의 별보다 우주에 더 많은 게 은하다. 과학자들은 현재 우주에 있는 은하의 분포가 빅뱅 직후 발생한 미세한 물질의 분포 차이에서 비롯되었다고 생각하고 있다. 물질의 밀도가 조금이라도 높은 지역에는 점차 중력에 의해 물질이 모이기 때문에 시간이 지날수록 중력의 크기가 커져 더 많은 물질을 끌어모으게 된다. 그 결과 우주에서 은하의 분포는 균일한 것이 아니라 일부분에 집중된 구조를 보이게 된다. 이 구조는 거대한 거품 모양이나 혹은 구멍이 많은 스위스 치즈 모양에 빗대어 설명하는데, 사실 우주의 대부분은 은하가 없는 텅 빈 공간인 보이드 (Void)이기 때문이다. 지난 10여 년간 과학자들은 우주에 있는 은하의 분포를 표시한 3차원 지도를 작성해 이와 같은 사실을 밝혀냈다. 이번에 국제 과학자팀이 공개한 Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III)/ Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) 지도 역시 그런 것으로 여기에는 일반적인 중성자나 양성자 같은 물질을 의미하는 바리온(중입자) 지도가 표시되어 있다. 쉽게 설명하면 일반적인 물질로 구성된 은하의 지도이다. 120만 개의 은하가 하나하나 작은 점으로 찍혀 있는 이 3차원 지도는 60x45x5억 광년 정도의 크기를 포함하고 있다. 지구에서 보았을 때 거대한 구형인 우주를 자른 것으로 그 단면은 부채꼴 모양이다. 이 지도를 통해 과학자들은 우주의 물질 분포와 진화를 연구할 수 있다. 동시에 우리는 이 지도를 통해 우리가 사는 세상이 얼마나 작은 것인지를 새삼 느끼게 된다. 지구 같은 행성을 수천억 개 이상 거느린 은하도 여기서는 모래알갱이처럼 작은 점에 지나지 않기 때문이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com　

천체에 심장이 있어 두근두근 박동이 뛴다면 이같은 모습일까? 지난 7일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 유럽우주국(ESA)과 공동운영하는 허블우주망원경으로 촬영한 환상적인 성운의 모습을 공개했다. 붉게 빛나고, 빠르게 회전하는 가스에 둘러싸여 있는 이 성운의 이름은 마치 게딱지와 비슷하게 생겼다고 해서 ‘게성운’(Crab Nebula)이라 불린다. 공개된 사진이 게의 모습처럼 보이지 않는 이유는 과거와 달리 허블이 그 중심의 내부를 들여다봤기 때문이다. 지구에서 약 6500광년 떨어진 곳에 위치한 게 성운은 초신성 폭발로 생긴 잔여물이다. 일반적으로 별은 생에 마지막 순간 남은 ‘연료’를 모두 태우며 순간적으로 대폭발을 일으킨다. 이를 초신성 폭발이라고 부르며 이 때 자신의 물질을 우주공간으로 방출하는데 게 모습은 바로 그 흔적인 셈이다. 이번에 공개된 사진이 흥미로운 것은 게 성운의 중심에 존재하는 죽은 별을 담아냈기 때문이다. 흰 가스가 소용돌이치는 지점에는 다소 낯선 이름의 중성자별(neutron star)이 존재한다. 우주에 존재하는 천체 중 가장 고밀도인 중성자별은 초신성 폭발후 남은 중심부가 중력으로 압축돼 생긴다. 곧 초신성 폭발로 별의 바깥 부분은 사방팔방으로 흩어져 게 성운의 모습이 됐고 그 중심부는 압축돼 중성자별이 된 것이다. 　 NASA 측은 "게 성운 중심에 있는 중성자별은 폭이 몇 마일에 불과할 정도로 작지만 질량은 우리 태양과 비슷하다"면서 "역대 게 성운 사진과 달리 이 사진은 지옥같은 안을 담고있다"고 밝혔다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

2012년 유럽핵입자물리연구소(CERN)가 신의 입자로 불린 ‘힉스 입자’를 발견하고 지난해 9월과 12월 레이저간섭계 중력파 관측소(LIGO) 연구단이 중력파를 관측하면서, 세계 과학계의 오랜 의문이 하나둘 풀렸다. 힉스 입자로써 우주 탄생의 기초입자를 확인하고 현대물리학의 표준모형을 완성했다. 중력파는 1915년 알베르트 아인슈타인이 일반상대성이론을 발표하면서 예측한 현상 가운데 마지막까지 남아 있던 숙제였다. 시공간의 에너지 파장인 중력파를 확인하면서 블랙홀이나 중성자의 생성 같은 우주의 관측에 한 걸음 다가섰다. 이제 과학계가 눈을 돌린 곳은 암흑물질과 암흑에너지다. CERN은 힉스 입자를 발견한 뒤 향후 연구 대상으로 암흑물질을 지목했고, 최근 한국을 찾은 세계적인 입자물리학자인 리사 랜들 미국 하버드대 교수는 6600만년 전 공룡 대멸종의 주요 원인을 암흑물질로 꼽았다. 밤하늘의 별처럼 우주에서 우리 눈에 보이는 ‘일반 물질’은 4~5%에 불과할 뿐 나머지는 미스터리 물질인 암흑물질과 암흑에너지로 채워졌다고 과학계는 보고 있다. 암흑물질의 존재 가능성은 1933년 프리츠 츠비키(1898~1974) 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 교수가 가장 먼저 제기했다. 츠비키의 주장은 20여년 동안 잠들어 있다가 1950년대 말 미국의 천문학자 베라 쿠퍼 루빈 박사가 애리조나 키트피크 천문대에서 은하 내 별의 회전 속도를 측정한 결과를 발표하면서 다시금 과학자들의 주목을 받았다. 루빈 박사는 은하 중심부 주변을 공전하는 별들의 속도가 모두 같다는 것을 발견했다. 기존 중력법칙에 따르면 중심에서 멀어질수록 느려져야 하는데, 이 법칙에서 벗어난 것이다. 일부 과학자들은 중력법칙을 수정해 이런 현상을 설명하려고 했지만 기존 중력법칙이 틀렸다는 증거를 찾지 못했다. 결국 새로운 물질의 존재를 가정할 수밖에 없었다. 그것이 바로 암흑물질이다. 암흑물질 연구 초창기에 연구자들은 블랙홀이나, 전기적으로 중성이며 질량이 거의 0에 가까운 소립자인 중성미자, 별과 별 사이에 존재하는 성간물질 등으로 암흑물질을 설명하려고 했지만 그런 ‘마초’(MACHO·무거운 우주질량체)들과는 성격이 다르다는 사실을 알게 됐다. 암흑물질은 전자기적 상호작용을 하지 않고 빛을 내는 물질과도 반응하지 않기 때문에 관측이 매우 어려운 ‘베일 속 물질’이라고 할 수 있다. 그렇지만 과학자들은 윔프(WIMPs)와 액시온으로 대표되는 위스프스(WISPs)를 대표적인 암흑물질 후보로 보고 검출을 위한 다양한 실험을 시도하고 있다. 국내 연구자들도 암흑물질 탐사를 위한 발걸음이 분주하다. 기초과학연구원(IBS)은 20일부터 24일까지 제주도에서 전 세계 21개국 60여개 기관의 연구자 120여명이 참여하는 ‘제12회 파트라스 국제학술대회’를 열고 있다. 이 대회는 전 세계 암흑물질 관련 연구자들이 한자리에 모여 최근 연구성과를 주고받는 자리로 암흑물질 분야 최대 규모의 학회로 평가받는다. 이와 함께 IBS 액시온 및 극한상호작용 연구단은 이달 초부터 CERN과 함께 위스프스 탐색을 위한 본격적인 공동연구에 나섰다. 지난해 공동연구를 위한 합의를 마치고 두 연구진은 이달 초 9테슬라(자기장 세기의 단위)급의 강력한 자석 개발에 착수했다. 액시온은 강한 자기장을 만나면 빛을 내는 광자로 바뀔 것으로 예측되는 만큼 9테슬라급 자석으로 태양에서 날아오는 암흑물질인 액시온을 검출하겠다는 계획이다. 이 실험은 향후 5년 동안 CERN에서 진행된다. ‘약하게 상호작용하는 무거운 입자’라는 뜻의 윔프 신호를 찾기 위한 지하 검출실험도 각국에서 진행되는 가운데 IBS 지하실험연구단은 강원도 양양 양수발전소 지하 700m에서 윔프 검출 실험을 하고 있다. 김두철 IBS 원장은 “CERN은 천체물리학과 입자물리학 분야에서 우수한 연구자들을 상당히 많이 보유하고 있다. IBS 액시온 연구단은 신호측정을 비롯해 암흑물질과 관련해 보유하고 있는 기술이 세계적이라는 평가를 받는 만큼 공동연구를 통해 물리학계 최대 미스터리인 ‘암흑물질’을 발견하고 물리학의 새로운 발전을 이끌어 낼 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

14억년전 블랙홀 2개 충돌때 생성 “자주 관측땐 우주 비밀에 한걸음” 천재 과학자 아인슈타인이 100년 전 일반상대성이론을 바탕으로 예측했던 중력파(重力波)가 또다시 발견됐다. 레이저간섭계 중력파 관측소(LIGO·라이고) 연구단은 지난해 12월 26일 오후 12시 38분 53초(한국시간)에 미국 루이지애나주 리빙스턴과 워싱턴주 핸퍼드에 위치한 쌍둥이 라이고 검출기에서 역사상 두 번째 중력파를 관측하는 데 성공했다고 15일 밝혔다. 이번 연구 결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 15일자에 실렸다. 이번 연구에는 한국 과학자들을 포함해 전 세계 19개국 100여개 기관 1000여명이 저자로 이름을 올렸다. 저자의 이름과 소속을 기록하는 데만 논문의 5페이지를 할애했다. 라이고 연구단은 지난해 9월 두 개의 블랙홀이 충돌하면서 만들어진 중력파를 사상 최초로 검출하고 올해 2월 ‘피지컬 리뷰 레터스’에 관련 논문을 발표해 ‘2016년 노벨 물리학상을 예약했다’는 찬사를 받기도 했다. 중력파는 호수에 돌을 던지면 생기는 물결처럼 블랙홀이나 중성자별처럼 질량이 큰 물체들이 충돌하거나 폭발할 때 우주 공간에 퍼져 나가는 일종의 에너지 파장이다. 이 때문에 중력파를 관측하면 블랙홀이나 중성자별의 생성과 진화는 물론 초기 우주 생성 등 지금까지 인류가 알 수 없었던 문제를 이해할 수 있게 해 줄 것으로 보고 있다. 이번에 찾아낸 중력파는 약 14억년 전 태양 질량의 14배와 8배에 해당하는 두 개의 블랙홀이 합쳐지는 과정에서 만들어진 것으로 분석됐다. 한국중력파연구협력단(KGWG) 이형목(서울대 물리천문학부 교수) 단장은 “블랙홀의 충돌로 만들어지는 중력파가 예상보다 훨씬 많이 생겼을 것이라는 예측을 한 바 있는데 이번 두 번째 관측으로 일단 이 예측이 맞다는 것이 확인됐다”며 “검출기 감도를 높이면 중력파를 더 자주 검출할 수 있을 것”이라고 설명했다. 오정근 국가수리과학연구소 선임연구원은 “중력파가 일상적으로 검출될 날이 가까워졌으며 그렇게 될 경우 중력파는 우주를 읽는 중요한 관측 수단이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

14억년전 블랙홀 2개 충돌때 생성… “자주 관측땐 우주 비밀에 한걸음” 천재 과학자 아인슈타인이 100년 전 일반상대성이론을 바탕으로 예측했던 중력파(重力波)가 또다시 발견됐다. 레이저간섭계 중력파 관측소(LIGO·라이고) 연구단은 지난해 12월 26일 오후 12시 38분 53초(한국시간)에 미국 루이지애나주 리빙스턴과 워싱턴주 핸퍼드에 위치한 쌍둥이 라이고 검출기에서 역사상 두 번째 중력파를 관측하는 데 성공했다고 15일 밝혔다. 이번 연구 결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 15일자에 실렸다. 이번 연구에는 한국 과학자들을 포함해 전 세계 19개국 100여개 기관 1000여명이 저자로 이름을 올렸다. 저자의 이름과 소속을 기록하는 데만 논문의 5페이지를 할애했다. 라이고 연구단은 지난해 9월 두 개의 블랙홀이 충돌하면서 만들어진 중력파를 사상 최초로 검출하고 올해 2월 ‘피지컬 리뷰 레터스’에 관련 논문을 발표해 ‘2016년 노벨 물리학상을 예약했다’는 찬사를 받기도 했다. 중력파는 호수에 돌을 던지면 생기는 물결처럼 블랙홀이나 중성자별처럼 질량이 큰 물체들이 충돌하거나 폭발할 때 우주 공간에 퍼져 나가는 일종의 에너지 파장이다. 이 때문에 중력파를 관측하면 블랙홀이나 중성자별의 생성과 진화는 물론 초기 우주 생성 등 지금까지 인류가 알 수 없었던 문제를 이해할 수 있게 해 줄 것으로 보고 있다. 이번에 찾아낸 중력파는 약 14억년 전 태양 질량의 14배와 8배에 해당하는 두 개의 블랙홀이 합쳐지는 과정에서 만들어진 것으로 분석됐다. 한국중력파연구협력단(KGWG) 이형목(서울대 물리천문학부 교수) 단장은 “블랙홀의 충돌로 만들어지는 중력파가 예상보다 훨씬 많이 생겼을 것이라는 예측을 한 바 있는데 이번 두 번째 관측으로 일단 이 예측이 맞다는 것이 확인됐다”며 “검출기 감도를 높이면 중력파를 더 자주 검출할 수 있을 것”이라고 설명했다. 오정근 국가수리과학연구소 선임연구원은 “중력파가 일상적으로 검출될 날이 가까워졌으며 그렇게 될 경우 중력파는 우주를 읽는 중요한 관측 수단이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

성운이란 한마디로 별 먼지다. 수소, 헬륨 등 별을 만드는 여러 원소들의 가스 집단이라 할 수 있다. 사람이 흙에서 나서 흙으로 돌아가듯이 별들은 이 성운에서 태어나서 생애를 마친 뒤 제 몸을 해체해 다시 성운으로 돌아간다. 따라서 우주에 존재하는 모든 천체들, 곧 별과 은하, 성단과 블랙홀에 이르기까지 모두 성운에서 태어난 것들이다. 모든 천체들의 모태가 곧 성운인 셈이다. 빅뱅 직후의 우주에는 수소​와 약간의 헬륨으로 이루어진 원시 구름으로 가득 찼다. 여기서 별들이 태어나고 은하가 만들어졌으므로 성운의 원조라고 할 수 있다. 성서에 보면 "태초에 하나님이 '말씀(logos)'으로 천지를 창조하셨다"는 말이 나오는데, 천문학자들이 그 '말씀'이 바로 수소였다고 주장한다. ​ 어쨌든 별들을 만들고 별들이 생을 마치고 폭발해서 만들어내는 이 성운들은 그 현란한 색채와 기이한 형태로 우주의 최고 볼거리를 제공한다. 성운의 빛나는 상황이나 형태에 따라 행성상 성운, 산광성운, 암흑성운, 타원성운, 나선성운, 불규칙 성운으로 구별하기도 하는데, 아름다움과 매혹적인 형태를 자랑하는 성운들 중에서 가장 아름다운 성운으로 꼽히고 있는 '톱 5'를 소개한다. ​1. ​독수리 성운 아름다운 성운의 첫 자리를 차지하는 독수리성운(Eagle Nebula, M16)은 유명한 혜성 사냥꾼인 프랑스의 샤를 메시에가 1764년에 발견했다. 여름철 남쪽 하늘 은하수 가운데 뱀자리의 꼬리 부분에 있는 이 성운은 붉은색을 띠고 있다. 성운의 폭은 무려 70광년. 빛의 속도로도 70년을 가야 될 정도로 엄청난 스케일이다. 허블 우주망원경이 잡은 이 성운의 모습을 보면, 성운 중심부에 길이 4광년(약 40조km)에 달하는 거대한 검은 먼지 기둥 속에서 별이 무리지어 태어나는 장엄한 광경을 볼 수 있다. 그래서 이 성운 기둥을 창조의 기둥(Pillars of Creation)이라 한다. 지구로부터 약 6500광년이라는 거리에 있다. 2. 게 성운 황소자리 방향으로 지구로부터 약 6290광년 거리에 있는 초신성 잔해다. 성운 중심에는 지름 30km에 달하는 중성자별인 펄서가 존재하며 1초에 30.2회 자전하면서 전자기파를 방출한다. 게의 등딱지처럼 생겼다고 해 이름 붙여진 게성운은 지름 약 5광년으로, 1731년 영국 아마추어 천문학자 존 베비스에 의해 처음 발견됐다. 이후 1758년 프랑스 천문학자 샤를 메시에가 게성운을 시작으로 성운과 성단을 109개로 정리한 ‘메시에 목록’을 만들었는데, 이 게성운에 목록의 첫 번째라는 뜻으로 ‘M1’이라는 명칭을 붙였다. 게성운은 별의 진화 마지막 단계인 초신성이 폭발해 만들어진 초신성 잔해이다. 천문학자들은 게성운이 언제 생성됐는지까지 기록을 통해 밝혀냈다. 중국 기록은 송나라 때 연대기인 ‘송사천문지’(宋史天文誌)에 나와 있는데 “1054년 여름 남동쪽에 낯선 별이 나타났는데 불그스름한 빛깔로 금성보다 밝았으며 23일 동안은 대낮에도 볼 수 있었다. 그 후 차츰 어두워졌으며 1056년 봄 소멸했다”고 쓰여 있다. 당시 초신성 폭발은 중국뿐만 아니라 우리나라, 일본, 터키, 그리고 인디언의 기록에도 남아 있다. 미국 애리조나에 있는 화이트 메사 동굴과 나바호산에는 오늘날 미 남서부 지역에 사는 원주민인 푸에블로 족의 선조들이 그린 벽화가 남아 있다. 천문학자들은 이 벽화에 그려진 초승달을 이용해 초신성이 1054년 7월 5일쯤 폭발했다는 것까지 계산해냈다. ​3. 모래시계 성운 파리자리에 있는 행성상 성운이다. 모래시계를 닮아서 이름이 붙어졌다. 이 천체의 명칭은 보통 MyCn18로 불린다. 별의 수명이 거의 다 끝난 적색거성 단계에서, 별의 외피층이 강력한 항성풍으로 방출되어 만들어진 성운이다. 모래시계 같은 형태가 된 것은 내부의 빠른 항성풍이 중심부의 농밀한 성운을 외부로 밀어냈기 때문이다. 거리는 약 8000광년. '행성상 성운'이라는 용어는 1780년대에 영국 천문학자 윌리엄 허셜이 고안한 것으로, 망원경으로 들여다보았을 때 행성처럼 보인다고 하여 만들어진 것이다. 거문고자리성운, 여우자리 아령형성운, 큰곰자리 부엉이성운 등이 대표적인 행성상 성운이다. 행성상 성운의 수명은 수만 년 정도로, 보통 수십억 년에 이르는 별의 수명에 비추어볼 때 비교적 짧게 지속되는 현상이다. 성운의 지름은 0.1 또는 1광년 정도이고, 중심별은 자외선을 내는 고온(10만℃ 정도)의 별이 많다. 4. 나비 성운 M2-9로 불리는 나비성운은 뱀주인자리에 있는 행성상 성운이다. 모양이 나비의 날개처럼 생겨서 나비성운이라는 별명을 얻었다. 양 날개 형태는 각각 별로부터 뿜어져나오는 제트가 만들어낸 것이며, 중심별은 쌍성으로 각각 한 개의 행성상 성운을 형성했다. 1947년에 미국 천문학자 루돌프 민코프스키가 발견했으며, 거리는 지구로부터 약 2100 광년 떨어져 있다. 1990년대에 허블 우주망원경이 M2-9를 보다 선명하게 찍었다. 중심부 쌍성 구성원 중 주인별은 상당량의 질량을 우주로 방출한 뒤 백색왜성으로 쭈그러들고 있다. 5. 고양이눈 성운 용자리에 있는 이 행성상 성운은 지금까지 알려진 성운 중 구조가 매우 복잡한 성운의 하나로, 1786년 영국 천문학자이자 천왕성 발견자인 윌리엄 허셜이 발견했다. 허블 망원경을 이용한 고해상도 촬영을 통해 매듭, 제트, 거품, 원호 모양 등의 주목할 만한 구조들이 발견되었다. 고양이 눈의 중심에는 밝고 뜨거운 항성이 있는데, 이 별은 약 1000년 전에 자신의 겉 표면을 우주공간으로 날려버린 후 이런 아름다운 성운을 형성했다. 이밖에도 오리온 성운 등 아름다운 성운들이 우주 도처에 늘려 있으니, ​밤하늘 성운 여행에 한번 나서보는 것도 재미있는 우주 체험이 될 것이다. ​이광식 통신원 joand999@naver.com

인간이 보기에 태양과 같은 별은 영원불멸한 존재로 여겨진다. 태양 같은 별의 수명은 인간과는 비교할 수 없을 만큼 길기 때문이다. 하지만 태양 역시 오랜 세월 후에는 적색 거성으로 커진 후 백색왜성으로 최후를 맞이하게 된다. 그런데 별의 진화는 생각보다 복잡하게 될 수 있다. 예를 들어 적색 거성으로 진화되기 전 별의 위치에서 강등당하는 경우도 생길 수 있다. 물론 흔한 일은 아니지만, 불가능한 일도 아니다. 사우샘프턴대학의 과학자들은 지구에서 730광년 떨어진 J1433이라는 희미한 쌍성계를 관측했다. 칠레의 고산 지대에 있는 거대 망원경인 VLT(Very Large Telescope)에 설치된 X 슈터라는 특수 장비를 이용해서 관측한 결과 이 쌍성계는 갈색왜성 하나와 매우 가까운 거리에 있는 백색왜성으로 이뤄져 있었다. 갈색왜성은 흔히 실패한 별이라고 불린다. 그 이유는 태양질량의 0.08배 수준으로 질량이 적어서 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지할 수 없기 때문이다. 중수소 등을 이용한 핵융합 반응은 가능한데, 생성되는 에너지가 적어 매우 어둡다. J1433의 갈색왜성은 지금은 목성 질량의 60배 정도지만, 백색왜성과의 가까운 거리를 고려할 때 본래 가지고 있던 물질의 90%를 빼앗긴 것으로 보이기 때문이다. 백색왜성이나 중성자별, 블랙홀이 동반성에서 물질을 빼앗는 경우는 흔하지만, 이렇게 높은 비율로 빼앗기는 경우는 드물게 알려졌다. 본래 J1433은 태양질량의 70% 정도 되는 별과 그보다 큰 동반성으로 구성되었다. 그러나 큰 쪽이 먼저 핵연료를 다 소모한 후 백색왜성으로 변했고 이후 동반성에서 물질을 빼앗아 본래는 태양보다 조금 작은 별이었던 동반성을 갈색왜성으로 만든 것이다. 쉽게 말해 별에서 강등당해 그 아래 등급인 갈색왜성이 된 것이다. 이렇게 강등당하는 경우는 물론 흔한 경우가 아니지만, 별의 진화가 우리가 상상하는 것 이상으로 다양하게 일어날 수 있음을 보여주는 좋은 사례다. 사진=Rene Breton, 맨체스터대학 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

천문학자들이 ‘우주의 금광’을 찾아낸 것 같다. 미국 매사추세츠공과대(MIT) 안나 프레벨 교수(물리학과)가 이끈 국제 연구팀은 우리 지구에서 약 10만 광년 거리에 있는 소은하 ‘레티큘럼 2’(Reticulum II) 안에 있는 가장 밝은 별 몇 개로부터 나온 흐릿한 빛을 분석했다. 그 결과, 해당 별들에는 ‘R과정’(빠른 중성자 포획 과정)으로 불리는 현상으로 생성되는 원소들을 엄청나게 많이 있는 것으로 나타났다. 여기에는 철보다 무거운 금과 은, 백금 등 귀한 원소가 포함된다. 이 현상은 지난 1957년 핵물리학자들이 처음 이론으로 묘사했다. 이번 연구는 지난 60여 년간 과학자들을 당황하게 만들었던 금, 은, 백금 등 원소의 다양한 기원에서 하나의 해답을 발견해낸 것이다. 이에 대해 프레벨 교수는 “R과정으로 이런 중원소가 생성되는 방법을 이해하는 것은 핵물리학에서도 가장 어려운 문제 중 하나”라고 설명했다. 보통 금과 은, 백금의 가치가 큰 점은 지구에서 희귀하다는 것에 있지만, 이런 원소가 생성되는 과정 역시 이런 중원소를 특별하게 만든다. 왜냐하면 이런 중원소는 상상도 못할 만큼 큰 밀도를 가진 중성자별들이 엄청난 속도로 서로 충돌해야 생성되며 이런 원소가 다시 소행성 행태로 지구로 날아와야 하는 것이기 때문이다. 프레벨 교수는 “이런 중원소가 생성되는 데는 너무 큰 에너지가 필요하므로 이를 실험적으로 생성하는 것은 거의 불가능하다”면서 “이런 중원소의 생성 과정은 단지 지구에서는 일어나지 않으므로 우리는 우주에 있는 별과 그 물질을 실험실로 사용해야 하는 것”이라고 말했다. 또 연구팀은 생성이 어려운 이런 중원소로 가득한 고유 은하의 발견이 앞으로 항성 역사는 물론 우주 진화 과정을 밝혀낼 것으로 기대한다. 별들은 자체적으로 중원소를 만들 수 없으므로 과거 이 은하에서는 특정 이벤트가 ‘씨앗’이 돼 금·은·백금 등을 가진 별이 만들어졌다는 것이다. 이런 중원소가 가득한 별들이 존재하는 것은 중성자별 간의 충돌이 원인임을 시사한다. 또 이번 결과는 이런 별의 구성을 밝혀내는 방법으로 이런 별을 거느리고 있는 은하의 역사를 밝혀낼 수 있다는 것을 보여준다. 이런 접근 방식은 ‘항성 고고학’(stellar archaeology)으로 불리고 있는데 천체물리학자들이 초기 우주 상태에 대해 자세히 배울 수 있게 해주는 것이다. 프레벨 교수는 “난 정말 이번 결과가 별과 어느 정도 원소를 개별적으로 형성하는 은하의 연구를 위한 새로운 문을 열었다고 생각한다”면서 “우리는 정말 작은 규모의 별들과 정말 큰 규모의 은하들을 서로 연결하고 있는 것”이라고 말했다. 이번 연구성과는 세계적 학술지 네이처(Nature) 최신호(5월 21일 자)에 실렸다. 사진=다나 베리/스카이웍스 디지털, Inc. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

입자들을 빛의 속도로 가속시켜 생명과학 등서 물질 구조 밝혀내 지난달 말 유럽핵입자물리연구소(CERN)가 운영하는 세계 최대 규모의 입자가속기인 강입자충돌기(LHC)가 족제비 한 마리로 인해 단선사고가 발생해 긴급 정지되는 일이 발생했다. LHC는 스위스와 프랑스 국경 지하에 건설된 길이 27㎞의 원형 가속기로, 2012년에는 ‘신의 입자’로 알려진 힉스입자를 발견했고 지난해 말부터는 초대칭입자를 찾기 위한 실험을 진행 중이다. ‘물질을 구성하는 기본입자는 무엇인가’는 물리학자와 화학자들의 최대 관심사다. 19세기 러시아 화학자 드미트리 이바노비치 멘델레예프가 주기율표를 완성하면서 세상의 모든 물질은 주기율표상 원자의 조합으로 만들어진다고 생각했다. 이런 생각은 20세기에 들어서 원자는 핵과 전자로 이뤄져 있고, 다시 원자핵은 양성자와 중성자들이 모여서 구성됐다는 것이 밝혀지면서 깨졌다. 이때까지만 해도 과학자들은 양성자, 중성자, 전자는 더이상 깨질 수 없는 기본입자라고 확신했다. 그렇지만 1964년 미국의 물리학자 머리 겔만이 ‘쿼크 이론’을 제시하면서 물질을 구성하는 기본입자는 더 작아졌다. 쿼크의 존재를 증명하고 우주를 구성하는 가장 작은 단위를 찾아내려는 입자물리학자의 실험도구가 바로 ‘입자가속기’다. 입자가속기는 전기장이나 자기장을 이용해 전자나 양성자, 이온 등 전하를 갖고 있는 입자를 빛의 속도에 가깝게 가속시킨 뒤 원자핵과 충돌하게 하는 장치다. 가속된 입자들이 원자핵과 부딪치면 핵이 쪼개져 양성자나 중성자가 핵 밖으로 튀어나오거나 여러 개의 원자핵으로 분열되기도 하고 새로운 소립자가 만들어지기도 한다. 최근에는 물질의 구조를 밝히는 기초연구뿐만 아니라 생명과학, 의학, 재료공학 등 다양한 분야에서 입자가속기가 쓰이고 있다. 입자가속기는 가속 방식에 따라 선형과 원형으로 나눌 수 있고 가속 입자의 종류에 따라 전자와 양성자 가속기로 구분된다. 선형 가속기는 저에너지 선형 가속기와 고에너지 선형가속기로 구별한다. 저에너지 선형 가속기는 가속하고자 하는 입자를 고전압에 한 번 통과시켜 단숨에 가속시키는 방식이고, 고에너지 선형 가속기는 입자를 비교적 낮은 전압에 반복적으로 통과시켜 높은 에너지를 얻는 형태다. 선형 가속기는 원형 가속기보다 균일하고 강한 입자빔을 얻을 수 있으며 일직선이기 때문에 입자가 위치를 바꿀 때 나타나는 미세한 제동에 의한 에너지 손실이 적다는 장점이 있다. 그렇지만 가속하고자 하는 입자의 크기가 커질수록 가속기가 길어져야 하기 때문에 많은 공간을 차지한다는 단점이 있다. 원형 가속기는 이런 단점을 보완하기 위해 한정된 공간에 입자를 나선(사이클로트론)이나 원(베타트론, 싱크로트론)을 그리며 돌면서 가속되도록 한 것이다. 전자를 가속시키는 전자가속기는 원형 가속을 할 경우 제동에 의한 에너지 손실이 크기 때문에 주로 선형 가속기 형태로 만들어진다. 반면 전자보다 질량이 큰 양성자를 이용한 가속기는 제동 에너지 손실이 작아 대부분 원형 가속기로 만들어진다. 충돌형 가속기는 광속에 가깝게 가속시킨 원자핵이나 소립자를 서로 충돌시켜 우주를 구성하는 궁극적 입자의 존재를 밝히기 위한 것이며 양성자 가속기는 양성자를 가속시켜 표적에 충돌시킴으로써 희귀 동위원소를 만드는 데 활용된다. 중이온가속기도 수소, 헬륨보다 무거운 중이온을 고에너지로 가속시켜 다른 원자핵에 충돌케 해 희귀 동위원소를 만드는 데 주로 활용되는 장치로 신물질 연구, 의학 연구 등에 쓰이고 있다. 빛의 속도에 가깝게 가속된 전자가 강력한 자기장을 지날 때는 빛(방사광)이 방출되는데 이를 활용하는 장치가 방사광 가속기로 연료전지 등 첨단재료 기술, 세포 영상획득 기술, 단백질 구조분석 등 다양한 과학기술 연구에 활용된다. 입자가속기를 운영하는 연구자들이 10년에 한 번씩 한자리에 모이는 ‘국제가속기콘퍼런스’(IPAC16)가 9~16일 부산 벡스코에서 열린다. 이번 콘퍼런스는 방사광가속기를 운영하는 포스텍과 양성자가속기를 갖고 있는 한국원자력연구원, 중입자가속기를 보유한 한국원자력의학원, 중이온가속기로 연구를 하는 기초과학연구원(IBS) 등 4개 기관이 주관하는 것으로 전 세계 36개국 1300여명의 연구자와 산업계 인사가 모여 최신 가속기 기술 개발 및 연구 동향 정보를 공유할 예정이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

3000만 년 전쯤, 태양 1억 개 정도가 동시 폭발한 것과 맞먹는 초신성 폭발을 일으킨 한 거대 별의 흔적을 천문학자들이 발견했다. 태양보다 크기가 200배 더 컸던 이 초신성이 폭발을 일으켰을 때 그 잔해는 시속 3600만㎞의 속도로 우주 전역에 퍼져나갔다고 한다. 미국 서던메소디스트 대학이 이끈 국제 연구팀은 지난 2013년부터 밤하늘에서 관측돼온 초신성 2013ej(SN 2013ej)의 폭발을 분석하면 우리에게 우주의 별이 어떻게 생을 마감하게 되는지 단서를 더 가르쳐줄 것으로 생각한다. 연구팀은 물고기자리 방향에 있는 나선은하 M74에서 폭발로 생을 마감한 이 초신성 잔해를 분석했다. 이 초신성이 폭발했을 때 발생한 빛은 지구에 도달할 때까지 3000만 년이 걸렸다. 그만큼 멀고도 아득한 곳에 존재했던 것이다. 이번 연구를 이끈 천문학자 고빈다 둥가나 연구원은 “우리는 초기 데이터로 초신성에 관한 많은 특징을 얻을 수 있었다”면서 “이 초신성은 엄청난 연료를 태워버린 매우 거대한 별이었다”고 설명했다. 연구팀은 수많은 망원경의 관측 데이터를 사용해 우주 모서리에서 450일 동안에 걸쳐 발생한 초신성 폭발을 연구했다. 이들은 관측 데이터를 분석해 초신성 폭발의 온도와 질량, 반지름은 물론 구성 성분과 잔해 확산 등 특징이 어떻게 변했는지 계산했다. 이 측정으로 연구팀은 초신성 폭발을 일으키기 전 원래 별은 태양 질량의 15배 정도 되는 작은 별에서 시작된 것을 알 수 있었다. 이 별은 초기 폭발에서 10일 만에 섭씨 1만2200도까지 타올랐고 50일 뒤에는 섭씨 4220도로 빠르게 식어갔다. 반면 우리 태양은 현재 섭씨 5480도 정도로 불타고 있다. 심지어 연구팀은 이 별이 폭발하기 전에 그 주위에 많은 행성을 거느리고 있었다고 예측했다. 이 연구를 총괄한 로버트 케호 교수는 “만일 당신이 근처에 있었다면, 당신은 별 표면에서는 핵이 가열돼 붕괴하는 것을 볼 수 없으므로, 사전에 초신성 폭발이 일어날지 알지 못했을 것”이라면서 “이후 별은 갑자기 폭발을 일으켰고 당신은 사라졌을 것”이라고 설명했다. 천문학자들은 이번 초신성 잔해를 연구함으로써 폭발 이후 무엇이 발생하는지 밝히길 원한다. 이 별의 밀도가 더 컸으면 초고밀도 중성자별이 될 수 있었겠지만, 그보다 더 컸다면 아마 블랙홀이 만들어질 때까지 폭발을 일으켰을 것이라고 연구팀은 생각한다. 케호 교수는 “초신성 핵이 붕괴하고 그 폭발로 인해 어떤 결과가 나오는지 아는 것은 특히 까다롭다”면서 “이번 초신성을 구성하는 성분은 천문학자들이 다양한 모델 비교를 통해 별의 죽음을 더 잘 이해할 수 있으므로 매우 흥미로운 것”이라고 말했다. 또 “우리는 일부 데이터를 사용해 이 천체와의 거리를 계산할 수 있다”면서 “이는 새로운 유형의 천체로서 우리에게 더 큰 우주와 언젠가 암흑 에너지를 연구하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다. 천문학자들은 별들의 스펙트럼(분광) 방출을 연구함으로써 서로 다른 스펙트럼을 측정하는 표를 통해 별의 구성 성분이 무엇인지 알아낼 수 있다. 연구팀은 이 데이터를 사용해 별의 구성과 초신성 폭발 전후 상태에 관한 증거를 얻을 수 있다. 이를 통해 우리는 태양계가 만들어진 방법에 관한 더 많은 단서도 얻을 수 있다. 케호 교수는 “별의 탄생부터 죽음까지 모든 기록을 갖고 있다”면서 “이들은 우리를 구성하는 원소를 만들 뿐만 아니라 그 폭발에서 나온 충격파를 통해 우리 태양계가 어떻게 만들어졌는지 아는 데 도움을 줄 수 있다”고 설명했다. 또 “별의 붕괴와 항성계 형성의 원인이 되는 초신성 잔해는 성간 공간에서 물질로 이뤄진 분자 구름에 충돌한다”면서 “초신성과 그 모성에서 만들어진 무거운 원소는 대부분 지구형 행성과 생명체에 필요한 구성 요소가 된다”고 말했다. 한편 이번 연구성과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국의 과학자들이 스펀지처럼 내부에 구멍이 가득한 다공성 금속 구조물로 관통력이 강력한 철갑탄을 막아내는 실험에 성공했다고 밝혔다. 8일(현지시간) 데일리메일 등 외신은 미국 노스캐롤라이나 주립대학교 아프사네 라비에이 교수가 ‘CMF’(composite metal foam·합성 금속 폼)라는 특수 금속소재의 강력한 방탄 능력을 최근 실험을 통해 입증했다고 보도했다. CMF는 과거 라비에이 교수가 군사 분야 등에 사용하기 위해 개발한 ‘폼 메탈’(foam metal) 소재의 일종으로, 스테인리스강으로 만든 얼개 형태의 구조물 사이에 속이 빈 강철구(球)가 끼워 넣어진 형태로 구성돼있다. 연구팀은 이 소재가 다른 금속재질에 비해 열이나 화염에 잘 견딜 수 있으며 X선, 감마선, 중성자 방사선을 차단하는 기능 또한 가지고 있다는 점을 기존 연구에서 증명했던 바 있다. 이번에 연구팀은 해당 소재가 방탄복에도 사용될 수 있을지 여부를 알아보기 위해 5m 거리에서 M80탄환과 M2 철갑탄(armor-piercing round)을 발사하는 실험을 진행했다. 철갑탄이란 본래 차량이나 장갑차의 얇은 장갑을 뚫는데 사용되는 탄환이다. 미국 법무부에서는 방탄 성능에 따라 방탄조끼의 종류를 분류하고 있는데, 7.62㎜소총탄을 막을 수 있는 레벨Ⅲ이나 철갑탄을 막을 수 있는 레벨Ⅳ 이상의 제품들은 일반적 방탄섬유만으로는 관통력을 감당할 수 없어 그 뒤에 금속으로 된 두꺼운 방탄판을 함께 사용하고 있다. 한편 CMF는 1인치(2.54㎝) 이하의 두께로도 철갑탄을 막아낼 수 있다는 사실이 실험을 통해 밝혀졌다. 라비에이 교수는 “이때 피격된 부위 뒷면의 돌출은 8㎜에 불과했다. 이는 미 법무연구소(National Institute of Justice)에서 규정하는 방탄복의 최소 요건과 일치하는 것”이라고 밝혔다. 연구팀은 CMF를 다른 소재와 함께 사용했을 때의 효과 또한 알아보았다. 이들은 CMF의 전면에 세라믹 전면판(face plate)을 붙여 실험해 본 결과, 총구속도 3057㎞/h로 발사된 철갑탄의 전체부피 중 약 65%가 격돌 순간 조각나 소실된다는 점을 확인했다. 또한 케블라(Kevlar, 방탄용 화학섬유의 일종) 또는 알루미늄으로 된 후면판(backplate)을 부착해 실험해 본 결과 충격에너지가 분산되는 효과가 나타났으며, 이 경우 더 큰 경량화가 가능해진다고 밝혔다. 연구팀은 CMF를 사용하면 방탄판이 사용되는 방탄복 제품들을 상당히 경량화 할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 연구팀은 기존의 방탄복과 비교해 20% 더 적은 중량으로도 똑같은 방탄 효과를 낼 수 있을 것으로 추정된다고 밝혔다. 사진=ⓒ노스캐롤라이나 주립대학교(위)/유튜브 방승언 기자 earny@seoul.co.kr