남극 빙하를 이용해 중성미자를 검출함으로써 우주의 기원을 탐구한 벨기에 출신 미국 연구자가 2026년 노벨 물리학상을 단독 수상했다. 물리학상 단독 수상은 34년만이다. 스웨덴 왕립과학아카데미 노벨 위원회는 6일(현지시간) 올해 노벨 물리학상 수상자로 프란시스 할젠(82) 미국 위스콘신 메디슨대 교수를 선정했다고 밝혔다. 노벨위원회는 “남극 중성미자 검출기 ‘아이스큐브’ 건설에 대한 결정적 기여를 하고 이를 통해 우주 기원 고에너지 중성미자 발견을 이끌어 냈다”며 선정 이유를 밝혔다. 할젠 교수의 연구 분야는 전통적인 입자물리학과 천체물리학이 융합된 ‘입자 천체물리학’이자 신흥 연구 분야인 ‘다중신호 천문학’에 속한다. 이렇게 새로운 융합 연구 분야는 집단 연구가 일반적이기 때문에 할젠 교수의 단독 수상은 이례적이다. 아원자 입자 추적 검출기를 고안해 입자물리학 분야에 진전을 이룬 것으로 평가받아 1992년 노벨 물리학상을 수상한 프랑스의 조르주 샤르파크가 가장 최근 물리학상 단독 수상자다. 샤르파크는 입자 검출기를 만들어 수상했고 할젠은 남극 얼음을 거대한 중성미자 검출기로 활용한 공로로 수상하면서 34년을 사이에 둔 두 단독 수상이 모두 검출기 혁신에 돌아갔다는 점도 눈길을 끈다. 중성미자(뉴트리노)는 전기적 전하가 없고 질량도 거의 존재하지 않아 다른 물질과 반응하지 않고 그대로 통과하는 이른바 ‘유령 입자’다. 중성미자는 우주 공간의 그 어떤 물질에도 방해를 받지 않고 지구까지 일직선으로 날아오기 때문에 중성미자를 포착해 궤적을 역추적하면 초기 우주 상태를 파악할 수 있다. 유령 입자를 검출하기 위해 할젠 교수는 방해 전파와 지진이 없는 거대한 천연 얼음 덩어리인 남극 빙하 자체를 검출기로 활용하자는 혁신적 아이디어를 제시했다. 그의 주도하에 남극점 지하에 건설된 아이스 큐브 관측소는 최대 2450m 깊이 얼음 속에 86개의 케이블, 5160개의 광학 모듈을 심어 만든 부피 1㎦의 거대한 중성미자 검출기다. 2011년 완공돼 2013년에 우주 기원 고에너지 중성미자의 존재를 최초로 입증해 냈다. 이번 노벨 물리학상 수상자인 할젠 교수는 1200만 스웨덴크로나(16억 128만원)를 받는다.

2026년 노벨 물리학상은 남극의 거대한 빙하를 이용해 ‘유령입자’ 중성미자(뉴트리노)를 검출함으로써 우주의 기원을 찾아낸 벨기에 출신 미국 연구자가 단독 수상했다. 스웨덴 왕립과학아카데미 노벨위원회는 6일(현지 시간) 올해 노벨 물리학상 수상자로 프란시스 할젠(82) 미국 위스콘신 메디슨대 교수가 선정됐다고 밝혔다. 노벨위원회는 “남극 중성미자 검출기 ‘아이스큐브’에 대한 결정적 기여를 하고 이를 통해 천체물리학적 기원의 고에너지 중성미자 발견을 이끌어 냈다”며 선정 이유를 밝혔다. 할젠 교수의 연구 분야는 전통적인 입자물리학과 천체물리학이 융합된 ‘입자 천체물리학’이자 신흥 연구 분야인 ‘다중신호 천문학’에 속한다. 이렇게 새로운 융합 연구 분야는 집단 연구가 일반적이기 때문에 할젠 교수의 단독 수상은 이례적이다. 실제로 물리학상 단독 수상은 34년 만이다. 가장 최근 물리학상 단독 수상자는 아원자 입자 추적 검출기를 고안해 입자물리학 분야에 진전을 이룬 것으로 평가받아 1992년 노벨 물리학상을 수상한 프랑스의 조르주 샤르파크이다. 샤르파크는 입자 검출기를 만들어 상을 받았고 할젠은 남극 얼음을 거대한 중성미자 검출기로 활용한 공로로 수상하면서 34년을 사이에 둔 두 단독 수상이 모두 검출기 혁신에 돌아갔다는 점이 눈길을 끈다. 전하도 질량도 없는 중성미자우주 비밀 알려주는 ‘전령사’남극 유령입자 사냥꾼된 이론가중성미자(뉴트리노)는 전기적 전하가 없고 질량도 거의 존재하지 않아 다른 물질과 반응하지 않고 그대로 통과하는 이른바 ‘유령 입자’다. 실제로 태양에서 온 중성미자 650억 개가 매초 우리 새끼손톱을 지나가지만 아무도 느끼지 못한다. 우주 공간에는 거대 질량 블랙홀을 품은 활동 은하핵이나 초신성 폭발 등 지구에 있는 입자가속기보다 수백만 배 강력한 에너지를 뿜어내는 천연 입자가속기들이 존재한다. 이곳에서 뿜어져 나오는 양성자 같은 우주선이나 감마선은 지구로 날아오는 동안 우주 자기장에 의해 궤적이 휘거나 성간 물질과 상호작용해 에너지를 잃고 막혀 버린다. 그런데 극한의 에너지 환경에서 함께 생성되는 중성미자는 우주 자기장이나 성간 물질에 전혀 영향을 받지 않고 처음 발생한 곳으로부터 지구까지 일직선으로 날아온다. 그래서 중성미자를 검출해 궤적을 역추적하면 우주망원경 등 빛을 이용해 볼 수 없는 우주의 심연까지 파악할 수 있다. 그래서 천문학자들은 중성미자를 완벽한 우주의 전령이라고 불렀다. 문제는 물질과 거의 반응하지 않는 유령 입자를 어떻게 포착하느냐였다. 1987년 가을 한 강연장에서 소련 과학자들이 남극 얼음에 전파 안테나를 묻어 중성미자를 잡으려 한다는 이야기를 들은 할젠 교수는 1988년 유령 입자 포착을 위해 바다와 달리 빛을 내는 생물도, 방해 전파와 지진도 없고 방사성 물질도 적은 거대한 천연 얼음 덩어리인 남극 빙하에 빛 센서를 넣어 검출기로 활용하자는 혁신적인 아이디어를 제시했다. 중성미자가 물이나 얼음 속 원자핵과 충돌하면 전기를 띤 입자가 튀어나와 옅은 푸른 빛을 내는 ‘체렌코프 효과’가 나타나는데 이 빛을 포착하자는 것이다. 할젠 교수는 훗날 “당시 자연 얼음의 광학적 성질을 전혀 몰랐기 때문에 포기하지 않을 수 있었다”고 회고하기도 했다. 기포 때문에 실패한 남극 검출기“얼음 성질 전혀 몰라 포기 않고 도전”포기 않고 도전했더니 노벨상할젠 교수의 주도로 남극점 지하에 건설된 아이스큐브 관측소는 뜨거운 물로 얼음에 구멍을 뚫고 1450~2450m 깊이의 얼음 속에 총 86개 케이블을 내리고 5160개 광학 모듈을 심어 1㎦의 세계 최대 중성미자 검출기다. 프로젝트 초기인 1993년 깊이 800~1000m에 설치한 센서들은 얼음 상층부에 갇힌 지름 50㎛(마이크로미터)의 공기 방울 때문에 빛이 산란되는 문제가 발생해 제 역할을 못했다. 그렇지만 1400m 이하 심부 빙하는 압력에 의해 공기 방울이 없는 극도로 투명한 상태라는 것을 확인했다. 시험 장치 ‘아만다’의 성공을 발판으로 2004년 아이스큐브 건설이 시작됐다. 2011년 완공된 아이스큐브는 방대한 데이터 분석을 거쳐 2013년 지구 대기권이 아닌 먼 우주에서 날아온 고에너지 중성미자의 첫 증거인 1페타전자볼트(PeV)가 넘는 중성미자 2개를 찾아냈다. 아이스큐브에는 매년 지구 대기에서 생긴 중성미자 약 10만 개를 포착하지만 우주에서 온 것은 100개 안팎에 불과하다. 연구진은 ‘건초더미 속 바늘’을 골라내 2017년 블레이자(중심 블랙홀이 뿜는 빛줄기(제트)가 지구를 정면으로 향한 은하) ‘TXS 0506+056’, 2022년 지구에서 4600만 광년이나 떨어진 고밀도의 가스와 먼지로 뒤덮인 활동은하핵 ‘NGC 1068’ 등 우주 심연에서 날아온 중성미자들을 잇따라 포착했다. 올해는 우리은하에서 오는 고에너지 중성미자도 확인했다. 남극 유령입자 사냥꾼된 이론물리학자 지난 3월에는 2019년 포착된 11.4PeV짜리 중성미자가 아이스큐브 관측 사상 최고 에너지 기록으로 보고됐다. 이는 세계 최대 입자가속기인 유럽입자물리연구소(CERN) 대형강입자충돌기(LHC)의 양성자 빔 에너지(7TeV)보다 약 1600배 높은 수준이다. 남극점에서는 관측 부피를 8배로 키운 ‘아이스큐브-Gen2’가 계획 중이다. 노벨위원회는 “할젠 교수의 끈질긴 집념과 리더십은 인류에게 환상적인 장비를 안겨줬으며 빛이나 전파 같은 전자기파 관측에만 의존하던 기존 천문학의 한계를 뛰어넘어 중성미자 천문학이라는 완전히 새로운 지평을 열었다”며 “우주 기원의 거대한 비밀을 다중신호로 탐구하는 우주 개척 시대가 할젠 교수의 얼음 검출기에서 시작됐다”고 평가했다. 이번 노벨 물리학상 수상자인 할젠 교수는 1200만 스웨덴크로나(16억 128만 원)를 받는다. 노벨재단은 7일 오후 6시 45분(한국 시간)에 화학상 수상자를 발표한다.

2026년 노벨물리학상은 뉴트리노(중성미자) 관측 연구에 크게 기여한 벨기에 태생 미국 물리학자 프란시스 할젠(82)에게 돌아갔다. 그는 이례적으로 단독 수상자로 호명됐다. 노벨 물리학상 단독 수상 사례는 폴란드 태생의 프랑스 물리학자이며 다중선 비례 검출기를 발명한 공로를 인정받았던 조르주 샤르파크(1992년) 이래 34년만에 처음이다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 “아이스큐브(IceCube) 뉴트리노 관측소에 대한 결정적 기여와 천체물리학적 기원의 고에너지 뉴트리노의 발견”의 공적을 인정해 노벨 물리학상을 수여하기로 했다고 6일(현지시간) 발표했다. 올해 물리학상 총 상금은 1200만 스웨덴 크로나(약 16억 1000만원)이며, 할젠은 단독 수상자로서 상금 전액 지분을 인정받았다. 할젠은 남극 아문센-스콧 남극점 기지에 있는 ‘아이스큐브 뉴트리노 관측소’의 연구 책임자다. 2010년부터 가동 중인 이 관측소는 세계 최대 규모의 뉴트리노 검출 장치다. 할젠은 현재 미국 위스콘신-매디슨대의 석좌교수로도 재직중이다. 마크 피어스 노벨 물리학 위원회 위원장은 “할젠은 우리에게 환상적인 관측 장비를 선사한 국제 연구진과 엔지니어 팀을 이끌어 왔다. 그의 끈기와 과학적 비전은 새로운 종류의 천문학을 위한 길을 열었다”고 설명했다. 우주에서 날아오는 초고에너지 뉴트리노의 관측을 통해 지금까지 알려지지 않은 우주 현상을 규명할 수 있는 길이 열렸다는 게 위원회의 설명이다. 올해 노벨상 수상자 선정 발표는 5일 생리의학상, 6일 물리학상 결과가 각각 나왔으며, 앞으로 7일 화학상, 8일 문학상, 9일 평화상, 12일 경제학상 발표가 남아 있다.

엎치락뒤치락 자아내는 리듬감소리 내어 읽고 싶은 낭독의 장르발랄한 문체에 담은 흥미로운 시 ‘시쓰기’는 어쩌면 언어와 형식 사이에 벌어지는 유쾌한 줄다리기를 가만히 지켜보는 일일지도 모른다. 언어가 형식에 맞춰졌다가, 다시 형식이 언어에 굴복한다. 엎치락뒤치락하는 그곳에서 아름다운 리듬이 탄생할 때, 우리는 시가 본디 낭독하는 장르였다는 사실을 새삼 깨닫는다. 시인 최재원(38)의 새 시집 ‘단디 봐라’는 제목에서부터 독자에게 강렬한 당부의 말을 건네며 시작한다. ‘단디’ 보라고. 허투루 보지 말라고. 끝의 끝이 끝날 때까지, 절대로 눈 감지 말라고. “뒷모습이 네 뒷모습이/ 얼굴이 될 때까지 그 얼굴이/ 사라질 때까지/ 사라지고 나서도 널 바라보았다/ 여기 여섯 개의 진흙덩이들/ 나처럼 널 알지 못해 그들은/ 우리가 함께 나눈 시간/ 모래로 부서지는 날/ 다시금 다시금 다시금 다시금, 다듬던// 저문 빛이 닿지 않는 곳에도 바람은 조용히/ 흐르는 눈물을/ 훔쳐주고/ 나는 조금,/ 단단해지고”(‘첫 공’ 전문) 어느 날 사랑이 과거의 일이 됐을 때, 사랑했던 이는 뒤돌아서 간다. 뒷모습에는 얼굴이 없다. 뒷모습에서 얼굴을 떠올리는 것은 화자의 기억이고 상상이다. 그러나 떠올랐던 것은 이내 사라지기 마련이다. 화자는 심지어 사라지고 나서도 너를 바라본다고 말한다. ‘사라진 것’을 과연 ‘너’라고 부를 수 있을까. ‘사라진 너’를 바라보는 일의 의미를 생각한다. 그것은 지독한 그리움이거나, 아직 ‘나’의 사랑은 끝나지 않았음을 보여 주는 것이다. “하얀 장미는 곱게 마르고/ 붉은 장미는 짙게 지는데/ 발걸음 아래 젖은 목련은/ 왜 향기를 멈추지 않는가// 님이 엮어준 반지 이 밤도/ 열 손가락 사위고 달만 차는데/ 눈길 한 자락 달빛에 남기잖고/ 어디로 가버렸소 당신은”(‘봄비’ 부분) 소리를 내어 읽고 싶어지는, 소리를 내어 읽었을 때 더 아름답게 다가오는 시다. 시조의 율격을 동시대적인 감각으로 복원한 듯한 시인의 형식적 시도가 반갑다. 이외에도 시집에는 말의 반복 등을 통해 리듬감을 자아내는 작품이 여럿 있다. 거의 모든 행이 ‘고’로 끝나는 시 ‘그래도 지구는 돈다’가 그렇다. 원래 있는 단어를 장난스럽게 뒤튼 시의 제목도 재밌다. 시 ‘숨 밖 옥 쥘’(숨바꼭질), ‘감가삼각’(감가상각) 등이 대표적이다. 짧은 호흡으로 시를 정의하고 있는 연작 ‘시’는 시가 무엇인지 고민하는 독자에게 촌철살인의 문장으로 가닿는다. 아래 인용하는 네 작품의 제목은 모두 ‘시’다. “오래 우리면 진액이 나와 쓴맛이 나니 먼저 건져내어 주세요” “아까우니 체에 밭쳐 꾸욱 눌러 짜주세요” “끓고 있을 때는/ 눈 씻고 본대도/ 무엇이 끓는지/ 보이지 않을 것” “뒤에 하얗게 묻은 것까지/ 날름날름 핥고도 모자라/ 홈 사이사이 굳은 것조차/ 아까워라 혀를 바짝 세운다” 시인의 이력이 제법 독특하다. 경남 거제시에서 태어나 민족사관고등학교를 졸업하고 미국 명문 프린스턴대에서 천체물리학을 전공했다. 2021년 김수영문학상을 받으며 등단했다. ‘나랑 하고 시픈게 뭐에여?’, ‘백합의 지옥’에 이어 이번 시집이 세 번째다. 무거운 내용을 재치 있고 발랄한 문체에 담아내는 면모가 흥미롭다. 삶과 죽음의 동그란 순환을 표현한 시 ‘알’이 그렇다. “굴려도 굴려지지 않으면/ 난 아직 살아 있는 거야./ 안녕!// 굴려도 끄덕끄덕하다 멈춰버리면/ 난 아직 깊은 곳에 숨어 있는 거야./ 안녕!// 굴렀는데 잘 굴러가잖아?/ 돌렸는데 잘 돌아가잖아?/ 난 이미 죽은 거야./ 안녕.// 안녕히.”(‘알’ 전문)

해상도 높고 완벽한 시뮬레이션최초의 별·은하 ‘탄생 과정’ 밝혀가스·화학 원소 상호작용도 규명 과학자들이 지금까지 나온 것 중 가장 정밀한 수준의 초기 우주 시뮬레이션으로 최초의 별과 은하가 어떻게 형성됐는지 재현하는 데 성공했다. 영국 배스대, 미국 시카고대, 프랑스 파리천체물리연구소가 참여한 ‘메가트론’ 프로젝트팀이 첨단 시뮬레이션을 이용해 최초의 별과 은하의 탄생 과정, 우리 주변의 화학 원소들이 어떤 방식으로 우주를 채워갔는지 밝혀냈다. 메가트론 프로젝트는 우리은하가 태어난 우주 영역을 슈퍼컴퓨터로 통째로 재현하는 연구로 영국, 미국, 프랑스, 스웨덴, 한국, 벨기에, 스위스 7개국 12개 연구기관과 대학이 참여해 2023년부터 2030년까지 진행된다. 이번 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘천체물리학 오픈 저널’ 9월 30일 자에 4편의 논문으로 발표됐다. 별빛과 별을 만드는 재료인 수소·헬륨 기체로 구성된 가스, 새로 만들어진 원소들 사이의 상호작용을 정확하게 파악하는 것이 초기 우주에 대한 두 가지 시선을 잇는 데 필수적이다. 하나는 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 관측한 젊은 은하들로 갓 태어난 우주의 은하를 직접 보여준다. 다른 하나는 우리 태양계가 속한 우리은하 안팎의 오래된 별들에서 관측한 화학적 단서다. 연구팀은 가스의 움직임, 별빛의 전파, 화학 원소 농도의 변화를 동시에 추적하는 첨단 컴퓨터 모델을 이용해 수십억 년에 걸쳐 별들이 은하 안팎의 가스를 어떻게 빚어내는지 조사함으로써 우리은하와 비슷한 질량의 은하로 자라날 어린 은하의 진화 과정을 추적했다. 이 프로젝트를 위해 연구팀은 영국 국가 슈퍼컴퓨터 사용 시간 4000만 프로세서 시간을 배정받았다. 프로세서 4600개를 1년 내내 쉬지 않고 돌리는 수준으로 이를 통해 해상도가 더 높고 더 완벽한 시뮬레이션이 가능해져 JWST 관측 결과와 오래된 별들에 보존된 화학적 화석 기록을 직접적으로 비교하고 통합할 수 있게 된다. 시뮬레이션은 빅뱅 직후 조건을 반영해 무거운 원소가 전혀 섞이지 않은 원시 가스에서 출발한다. 이후 최초의 별이 태어나고 이 별들이 복사를 내뿜고 마지막에 초신성으로 폭발하며 새로 만들어진 원소들이 다음 세대의 별과 은하로 퍼져 나가는 과정을 차례로 따라간다. 연구팀에 따르면 이 과정을 이해하는 것이 중요한 이유는 천문학의 가장 근본적인 질문 중 하나인 ‘현재 우주를 이루는 원소들은 어디서 왔는가’라는 질문의 답을 얻을 수 있기 때문이다. 연구팀은 단순한 시뮬레이션 모델이 은하를 둘러싼 가스, 별의 복사, 복잡한 화학 과정이 미치는 영향을 과소평가할 수 있는 만큼 높은 해상도로 모델링해 지금까지 포착하지 못했던 가스 속 구조까지 분해했다. 그 결과 탄소, 산소, 철을 비롯해 우리 세계와 생명을 가능하게 하는 수많은 원소들이 별을 만든 것을 재확인했다.

과학자들이 지금까지 나온 것 중 가장 정밀한 수준의 초기 우주 시뮬레이션으로 최초의 별과 은하가 어떻게 형성됐는지 재현하는 데 성공했다. 영국 배스대, 미국 시카고대, 프랑스 파리천체물리연구소가 참여한 ‘메가트론’ 프로젝트팀이 첨단 시뮬레이션을 이용해 최초의 별과 은하의 탄생 과정, 우리 주변의 화학 원소들이 어떤 방식으로 우주를 채워갔는지 밝혀냈다. 메가트론 프로젝트는 우리은하가 태어난 우주 영역을 슈퍼컴퓨터로 통째로 재현하는 연구로 영국, 미국, 프랑스, 스웨덴, 한국, 벨기에, 스위스 7개국 12개 연구기관과 대학이 참여해 2023년부터 2030년까지 진행된다. 이번 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘천체물리학 오픈 저널’ 9월 30일 자에 4편의 논문으로 발표됐다. 별빛과 별을 만드는 재료인 수소·헬륨 기체로 구성된 가스, 새로 만들어진 원소들 사이의 상호작용을 정확하게 파악하는 것이 초기 우주에 대한 두 가지 시선을 잇는 데 필수적이다. 하나는 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 관측한 젊은 은하들로 갓 태어난 우주의 은하를 직접 보여준다. 다른 하나는 우리 태양계가 속한 우리은하 안팎의 오래된 별들에서 관측한 화학적 단서다. 연구팀은 가스의 움직임, 별빛의 전파, 화학 원소 농도의 변화를 동시에 추적하는 첨단 컴퓨터 모델을 이용해 수십억 년에 걸쳐 별들이 은하 안팎의 가스를 어떻게 빚어내는지 조사함으로써 우리은하와 비슷한 질량의 은하로 자라날 어린 은하의 진화 과정을 추적했다. 이 프로젝트를 위해 연구팀은 영국 국가 슈퍼컴퓨터 사용 시간 4000만프로세서 시간을 배정받았다. 프로세서 4600개를 1년 내내 쉬지 않고 돌리는 수준으로 이를 통해 해상도가 더 높고 더 완벽한 시뮬레이션이 가능해져 JWST 관측 결과와 오래된 별들에 보존된 화학적 화석 기록을 직접적으로 비교하고 통합할 수 있게 된다. 시뮬레이션은 빅뱅 직후 조건을 반영해 무거운 원소가 전혀 섞이지 않은 원시 가스에서 출발한다. 이후 최초의 별이 태어나고 이 별들이 복사를 내뿜고 마지막에 초신성으로 폭발하며 새로 만들어진 원소들이 다음 세대의 별과 은하로 퍼져 나가는 과정을 차례로 따라간다. 연구팀에 따르면 이 과정을 이해하는 것이 중요한 이유는 천문학의 가장 근본적인 질문 중 하나인 ‘현재 우주를 이루는 원소들은 어디서 왔는가’라는 질문의 답을 얻을 수 있기 때문이다. 연구팀은 단순한 시뮬레이션 모델이 은하를 둘러싼 가스, 별의 복사, 복잡한 화학 과정이 미치는 영향을 과소평가할 수 있는 만큼 높은 해상도로 모델링해 지금까지 포착하지 못했던 가스 속 구조까지 분해했다. 그 결과 탄소, 산소, 철을 비롯해 우리 세계와 생명을 가능하게 하는 수많은 원소들이 별을 만든 것을 재확인했다. 메가트론 공동연구단을 이끌고 있는 마틴 레이 영국 배스대 교수는 “메가트론 프로젝트는 JWST의 데이터와 항성 고고학 데이터를 해석하고 이해하기 위한 공통의 물리적 틀을 제공한다는 데 의미가 크다”고 말했다.

지구의 나이는 46억년이다. 이는 태양계의 다른 행성도 다르지 않다. 태양계의 모든 행성은 원시 태양 주변에 있던 가스와 먼지의 모임인 원시 행성계 원반에서 생성되었기 때문이다. 비록 과학자들이 그 시절의 과거로 돌아갈 순 없지만, 수많은 원시 행성계 원반을 관측해서 자신 있게 이야기할 수 있다. 하지만 행성이 생성되는 초기 단계에 대해서는 아직도 밝혀지지 않은 부분들이 존재한다. 별은 가스 성운에서 가스들이 뭉쳐 형성된다. 따라서 기본적으로 생성 중인 아기 별은 두꺼운 가스에 둘러싸여 있어 관측이 쉽지 않다. 여기에 행성 역시 초기에는 원시 행성계 원반 안에서 가스와 먼지를 모으는 중이고 별에 비해 훨씬 작기 때문에 망원경으로 직접 포착하기가 쉽지 않다. 지금까지 확인된 가장 초기 아기 행성은 PDS 70 행성계와 WISPIT 2 행성계로 생성된 지 500만년 된 것들이다. 칠레 천체물리학 연구소의 루카스 시에자 교수와 대학원생인 안드레아 베르나르디는 지구에서 450광년 떨어진 아기 별 주변을 공전하는 원시 행성 ‘엘리아스 2-24b’(Elias 2-24 b)를 포착했다. 놀라운 것은 나이가 100만년 이내로, 이제까지 포착된 원시 행성 가운데 가장 어리다는 것이다. 행성의 수명을 생각하면 태어난 지 며칠 된 신생아나 다를 바 없다. 하지만 이 원시 행성이 놀라운 이유는 여기서 끝나지 않는다. 사실 과학자들은 10년 전에도 ALMA 전파 망원경 데이터를 통해 엘리아스 2-24의 원시 행성계 원반에서 틈새를 발견하고 행성이 생성되고 있을지 모른다고 생각했다. 그리고 2년 전에는 유럽 남방 천문대의 VLT 망원경으로 이 장소에서 작은 점 같은 광원을 포착해 행성의 직접적인 증거를 포착했다. 하지만 이 발견은 오히려 과학계에서 논쟁을 유발했다. 기존의 행성 생성 이론으로는 생각하기 어려운 먼 위치에 초기부터 큰 행성이 생성될 수 없기 때문이다. 기존 이론에서는 목성 정도 질량을 지닌 행성이 목성 궤도(지구 태양 거리의 5배 정도)에서 생성되기 위해서는 500만년의 시간이 필요하다. 그런데 이 행성은 지구 태양 거리의 55배 거리에 위치했고 목성보다 클 가능성이 높았다. 멀리 떨어진 행성일수록 생성에 시간이 더 필요하기 때문에 태어난 지 100만년 이내 별 주위에서 생기기에는 너무 멀고 너무 큰 행성인 셈이다. 연구팀은 더 확실한 증거를 확보하기 위해 하와이에 있는 켁 망원경 데이터를 확인했다. 켁 망원경은 매우 강력한 코로나그래프를 지니고 있다. 코로나그래프는 중앙의 별을 가려 주변의 동반성이나 행성을 관측할 수 있는 장치로 켁 망원경의 NIRC2 코로나그래프는 과학자들이 현재 구할 수 있는 가장 강력한 코로나그래프다. 이 장치로 관측한 2018년 및 2020년 데이터를 비교 분석한 결과 연구팀은 이 작은 점이 실제 움직이는 행성임을 확인했다. 엘리아스 2-24b로 명명된 이 새로운 행성은 목성 정도의 질량을 지니고 있으며 현재도 물질을 흡수하면서 점점 더 커지는 중이다. 이번 연구는 기존 행성 생성 이론을 다시 검토하게 하는 한편, 초기 행성 형광 과정에 대한 새로운 정보를 제공했다. 하지만 새로운 발견은 여기서 끝나지 않을 예정이다. 최근 발사된 로만 우주 망원경에는 더 강력한 코로나그래프가 탑재되어 있어 과학자들은 더 많은 초기 행성을 관측하고 분석할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

우리 은하에는 수천억 개의 별이 존재한다. 그리고 우리는 사실 매일 밤 그 사실을 눈으로 직접 확인할 수 있다. 밝은 불빛이 없고 날씨가 맑다면 밤하늘에서 은하수를 볼 수 있기 때문이다. 다만 우리가 대부분 밤에도 불빛이 많은 도시에 살고 있어 자주 보지 못할 뿐이다. 그런데 놀라운 사실 중 하나는 사실 은하 전체 질량에서 별이 차지하는 비중은 얼마 되지 않는다는 것이다. 은하 물질 가운데 상당량은 사실 희박한 밀도의 성간 가스이고 심지어 별, 행성, 성간 가스 같은 물질을 다 합쳐도 아직 정체를 모르는 암흑 물질의 5분의1도 되지 않는다. 암흑 물질은 과학자들도 정체를 모르는 미지의 물질로 은하계 물질의 80% 이상을 담당한다. 비록 그 정체는 모르지만, 만약 암흑 물질이 행사하는 중력이 없다면 현재의 은하계는 물론 은하단도 존재할 수 없기 때문에 과학자들은 그 존재를 확신하고 있다. 그런데 현대 우주론의 표준 모델인 ‘람다 차가운 암흑물질’ 모델에 따르면 우주에는 주로 암흑 물질로만 구성된 은하가 존재할 수 있다. 암흑 물질이 수소 가스를 끌어들여 은하 같은 덩어리를 만들지만, 수소 가스의 밀도가 낮아 별은 생성하지 못하는 것이다. 이런 은하는 ‘암흑 은하’ 또는 ‘별 없는 은하’”라고 하는데, 빛나는 별이 없어 실제로는 관측이 어렵다는 문제가 있다. 암흑 은하의 정의에 부합하기 위해서는 별이 거의 없어야 하는데, 그러면 망원경으로 포착이 어려워 실제로는 검증하기 힘들다는 딜레마에 놓이는 것이다. 더구나 어렵게 포착한 후보들도 진짜 별이 거의 없는지 아니면 단지 조금 적어서 관측이 어려운 것인지 검증하는 일이 만만치 않다. 하지만 그럼에도 과학자들은 유력한 후보 암흑 은하들을 찾아냈다. 카나리아 제도 천체물리학 연구소의 이그나시오 트루히요와 동료들은 세계 최대 광학 망원경 중 하나인 그란 텔레스코피오 카나리아스(GTC)의 HiPERCAM 장비를 이용해 그 후보 중 하나인 ‘클라우드-9’를 관측했다. 연구팀은 지난 6월 이틀 밤에 걸쳐 5개의 필터를 통해 클라우드-9를 관측했다. 현존하는 가장 강력한 관측 장비를 통해 집중 관측을 진행했음에도 불구하고 과학자들은 클라우드-9 중심부에서 별빛을 전혀 감지하지 못했다. 장치의 민감도를 고려할 때 연구팀은 4200광년 직경의 영역 내에 존재하는 별의 질량은 많아 봐야 최대 1만 6000태양 질량에 불과한 것으로 추정했다. 이는 설령 별이 존재한다고 가정하더라도 별보다 최소 60배나 많은 가스가 있는 수준이다. 따라서 사실상 가스와 암흑 물질이 대부분인 암흑 은하의 가장 유력한 후보인 셈이다. 암흑 은하는 표준 우주 모델에 대한 검증과 함께 현대 과학의 가장 큰 미스터리인 암흑 물질의 정체에 대한 단서를 제공할 수 있다는 점에서 중요한 연구 대상이다. 별이 빛나지 않지만, 오히려 그것 때문에 더 중요한 존재인 셈이다.

태양계에서 고리를 지닌 대표적 천체는 토성이다. 거대한 고리는 토성의 상징으로 갈릴레오가 만든 원시적인 망원경으로도 관측할 수 있었다. 다만 1610년 당시 갈릴레오는 고리로는 생각하지 못하고 토성이 귀를 가지고 있다고 생각했다. 이 시기 망원경 성능상 어쩔 수 없는 한계였다. 갈릴레오 이후 과학자들은 고성능 망원경과 우주 탐사선을 통해 태양계의 거대 가스 행성들은 모두 고리를 지니고 있다는 사실을 알게 됐다. 그리고 하우메아 같은 왜소행성급 천체는 물론 과거 같으면 상상할 수 없을 정도로 작고 멀리 떨어진 소행성의 고리까지 확인할 수 있게 됐다. 이 가운데 소행성 ‘카리클로’(Chariklo)는 토성과 천왕성 궤도 사이를 62.5년 주기로 공전하는 지름 약 250㎞ 정도의 천체로, 하나도 아닌 두 개의 고리를 지니고 있다. 카리클로는 목성과 해왕성 사이 궤도에 존재하는 얼음 및 암석 소행성 집단인 켄타우로스군 가운데 가장 큰 편에 속하지만, 어떻게 이렇게 복잡한 고리를 지니게 되었는지는 아직 미스터리로 남아 있다. 이 미스터리 고리의 비밀을 파헤치기 위해 2022년 10월 18일 안달루시아 천체물리학 연구소(IAA-CSIC)의 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 이용해 카리클로의 이중 고리를 관측했다. 제임스 웹 우주 망원경은 현재 인류가 지닌 가장 강력한 망원경이지만, 그럼에도 멀리 떨어진 작은 천체의 고리를 직접 관측하기는 쉽지 않다. 고리가 너무 좁고 거리가 멀어 JWST나 지상 최대 망원경으로도 직접 촬영이 불가능하기 때문이다. 따라서 연구팀은 유럽우주국의 가이아 관측 위성이 수집한 별 정보를 통해 카리클로의 고리가 특정 별빛을 가리는 시간을 미리 예측해, 빛이 고리를 통과할 때 관측을 시도했다. 별빛이 고리를 통과하는 순간을 포착하면 고리의 밀도와 두께 등 여러 가지 정보를 확인할 수 있다. 참고로 제임스 웹 우주 망원경과 카리클로 모두 빠르게 움직이고 있지만, 이번 관측에서 상대 속도는 초속 2.5㎞로 거리를 생각할 때 매우 천천히 이동해 자세한 관측이 가능했다. 지난 10년간의 관측 결과와 이번 JWST 관측 결과를 분석한 결과, 연구팀은 의외의 사실을 발견했다. 두 고리에서 정반대의 변화가 나타났다. 안쪽 고리(C1R)의 불투명도는 이전 평균 0.303±0.028에서 0.431±0.012로 약 50% 가까이 유의미하게 높아진 반면, 바깥쪽 고리(C2R)는 불투명도가 약 60% 수준으로 낮아져 훨씬 약한 신호를 보였다. 멀리 떨어진 차갑고 작은 천체의 고리이기 때문에 큰 변화가 없을 것으로 예측했는데, 정반대의 결과가 나온 것이다. 아직 그 이유는 정확히 모르지만, 안쪽 고리의 물질 보충이나 동적 재구조화, 바깥쪽 고리의 물질 손실, 또는 관측 파장에 따른 차이 등 역동적인 과정이 진행 중임을 시사한다. 그럼에도 카리클로를 비롯한 태양계 외곽의 소행성들은 대부분 아직 미지의 존재다. 과학자들은 현재 지닌 관측 장비를 최대한 동원해 이들에 대한 정보를 알아내고 있지만, 결국 이 미스터리를 밝혀내기 위해서는 직접 탐사선을 보내는 것이 최선의 방법이다. 당장에는 계획이 없지만, 언젠가 인류의 호기심이 멀리 떨어진 작은 소행성에도 탐사선을 보낼 것으로 기대한다.

수학, 물리, 화학, 생물에 이어 정보 분야 국제올림피아드에서도 한국 대표단이 전원 메달을 획득했다. 과학기술정보통신부, 한국과학창의재단은 지난 9일부터 16일까지 우즈베키스탄 타슈켄트에서 열린 ‘제38회 국제정보올림피아드’에서 한국 대표단으로 참가한 학생 4명 모두 메달을 획득했다고 19일 밝혔다. 20세 미만 대학교육을 받지 않은 학생들이 출전하는 정보올림피아드는 1989년 불가리아에서 시작됐다. 92개국에서 375명의 학생이 참가한 이번 대회에서 한국 대표단은 정민찬(한국과학영재학교 3), 양승민(선덕고 3)이 금메달, 변재우(경기과학고 3)가 은메달, 손재원(서울과학고 2)이 동메달을 수상했다. 이번 정보올림피아드는 하루에 5시간 동안 3문제씩 이틀에 걸쳐 컴퓨터 프로그래밍 문제를 푸는 방식으로 진행됐고 문제당 100점, 총 600점 만점으로 평가했다. 문제는 참가국을 대상으로 공모를 받아 출제한다. 올림피아드 참가 한국 대표단은 8월 말 지구과학, 9월 천문·천체물리, 12월 중등과학에 차례로 출전할 예정이다.

우리 은하계는 지름 10만 광년에 달하는 거대한 나선 은하로 우리 은하를 포함한 국부 은하군에서 안드로메다 은하에 이어 두 번째로 큰 은하다. 우리 은하 안에는 태양 같은 별이 적어도 1,000억 개 이상 존재하는 것으로 추산된다. 안드로메다 은하는 1조 개에 달하는 것으로 추정된다. 하지만 우주는 넓고 이보다 더 거대한 초거대 은하 역시 여럿 존재한다. 그러나 은하가 커질수록 경계가 불분명할 뿐 아니라 대부분의 거대 은하가 아주 멀리 떨어져 있어 정확한 크기를 측정하기 쉽지 않다. 지금까지 관측된 가장 큰 은하가 정확히 무엇이냐고 물어보면 과학자들도 쉽게 대답할 수 없는 이유다. 카나리아 제도 천체물리학 연구소의 카를로스 마레로-데 라 로사와 동료들은 가장 거대한 은하의 후보인 IC 1101을 아이작 뉴턴 망원경(INT)의 광시야 카메라로 자세히 관측했다. IC 1101은 Abell 2029 은하단의 중심에 있는 초거대 타원 은하로, 지구로부터 약 10억 광년 떨어져 있다. 과거 관측에서 IC 1101은 수많은 별을 지닌 초거대 은하로 알려져 있었지만, 경계가 불분명해 정확한 지름은 측정하기 힘들었다. IC 1101은 밝은 은하단 은하(BCGs)의 일종으로 주변 은하를 흡수하면서 커졌고 주변에는 여전히 많은 가스와 다른 은하가 있어 경계부를 정확히 측정하기 쉽지 않다. 연구팀은 멀리 떨어진 은하의 정확한 경계를 측정하기 위해 관측을 방해하는 가까운 별의 빛을 차단할 수 있는 방법을 고안했다. 연구팀은 밝기가 다른 수십 개의 기준별을 사용해서 망원경의 점 확산 함수에 대한 상세한 모델을 구축한 후 IC 1101의 최종 이미지에서 250개 이상의 별에서 산란된 빛을 하나씩 제거해 희미한 경계 구조를 확인했다. 그 결과 IC 1101의 지름은 우리 은하의 17배에 달하는 520킬로파섹(170만 광년)으로 확인됐다. 그리고 은하에 포함된 항성의 총 질량은 대략 3조 4000억 태양 질량으로 추정된다. 은하 질량의 대부분이 암흑물질이고 별과 가스는 보통 20% 미만인 점을 생각하면 엄청난 크기다. 더욱 놀라운 점은 이 은하가 성장을 계속하고 있다는 점이다. 중력을 통해 주변 은하와 물질을 계속 흡수하고 있기 때문에 IC 1101은 미래에는 더 거대한 크기로 성장할 것으로 보인다. 하지만 광활한 우주에는 IC 1101처럼 초거대 은하가 여럿 존재한다. 그리고 그중 일부는 이보다 더 클지도 모른다. 연구팀이 개발한 새로운 관측 기술은 앞으로 이런 초거대 은하를 연구하는 데 중요한 정보를 제공할 것으로 기대된다.

스페인 테루엘 인근 아르코스 데 라스 살리나스의 하발람브레 천체물리학 관측소에서 12일(현지시간) 시민들이 달이 태양을 완전히 가리는 개기 일식 장관을 지켜보고 있다. 서유럽 대부분 지역에서 관측된 이번 일식은 스페인에서 1912년 이후 100여년 만에 일어난 것으로, 일몰 직전 태양을 달이 가려 약 30초에서 2분 18초 동안 하늘이 완전히 어두워졌다. 아르코스 데 라스 살리나스 로이터 연합뉴스

미국 민간 우주기업 스페이스X의 로켓 잔해가 오는 5일 달 표면에 충돌할 것으로 예상된다. AP 통신 등 외신의 2일(현지시간) 보도에 따르면 지난해 1월 15일 발사됐던 스페이스X의 ‘팰컨9’ 로켓 상단부(2단 로켓)가 미 동부시간 기준 오는 8월 5일 오전 2시 34분(한국시간 5일 오후 3시 34분) 달 서쪽 가장자리에 있는 ‘아인슈타인 분화구’ 인근에 충돌할 것으로 예측됐다. 팰컨 9 로켓은 당시 미국 파이어플라이의 ‘블루고스트’와 일본 아이스페이스의 ‘리질리언스’ 등 무인 달 착륙선 2기를 싣고 우주로 향했다. 발사 직후 1단 로켓은 지구로 귀환했으나, 착륙선을 목표 궤도에 올린 길이 약 12m, 무게 약 4.5t 규모의 2단 로켓은 임무 종료 후 고지구궤도(약 3만5786㎞보다 높은 궤도, 달 탐사선이나 심우주 탐사선이 지나가는 구간)에 방치돼 표류하다가 결국 달 충돌 궤도로 진입했다. 전문가들은 해당 잔해가 시속 약 8700㎞(초속 2.43㎞)의 엄청난 속도로 달 표면에 부딪힐 것으로 내다봤다. 충돌 위력은 TNT 약 3t 규모 폭발력과 맞먹으며, 이로 인해 달 표면에는 지름 20~27m, 깊이 약 5m에 달하는 새로운 크레이터가 형성될 것으로 예상된다. 이번 충돌 전후 상황은 각국의 달 궤도 탐사선들이 밀착 기록할 예정이다. 미국 항공우주국(NASA)의 달 정찰 궤도선(LRO)과 한국 항공우주연구원의 달 궤도선 ‘다누리’(KPLO)가 충돌 지점 주변 사진을 촬영해 영향을 분석한다. 미국 로스앨러모스 국립연구소의 벤저민 페르난도 연구원은 “다누리가 충돌 약 2분 전 로켓 잔해와 수㎞ 거리에 접근해 현장을 촬영할 예정”이라고 설명했다. 충돌 순간 발하는 섬광은 지속 시간이 1초 미만이어서 지구에서 맨눈으로 확인하기는 어렵지만, 파편과 먼지가 우주 공간으로 수 킬로미터 이상 솟구쳐 띠 형태로 퍼지면서 지구에서도 망원경을 통해 수십 분 동안 관측할 수 있을 것으로 보인다. 강한 속도로 달에 충돌하는 인공물, 문제 없을까전문가들은 이번 충돌이 매우 큰 규모로 보일 수 있지만, 달이나 지구에 실질적인 위협을 줄 가능성은 거의 없다고 설명한다. 달은 대기가 없어 운석과 우주 잔해가 그대로 표면에 충돌하는 일이 수십억 년 동안 반복돼 왔으며, 이번 로켓 잔해의 충돌 에너지는 달이 일상적으로 겪는 자연 충돌과 크게 다르지 않거나 훨씬 적은 수준일 것으로 예상되기 때문이다. 지구에 미치는 영향도 미미할 것으로 전망된다. 충돌 과정에서 발생하는 먼지와 암석 파편은 대부분 달의 중력에 의해 다시 표면으로 떨어지며, 일부 미세한 입자가 우주 공간으로 방출되더라도 지구까지 이동해 위험을 초래할 가능성은 낮다고 알려졌다. 과학계는 이번 충돌을 우려보다는 연구 기회로 보는 분위기다. 인공물이 속도를 유지한 채 달 표면에 충돌하면 어떤 크기의 크레이터가 만들어지고, 충돌 순간 얼마나 많은 먼지와 암석이 방출되는지, 또 방출된 물질이 달 표면에서 어떻게 이동하는지를 직접 관측할 수 있기 때문이다. 이러한 자료는 달 표면의 물리적 특성과 충돌 과정에 대한 이해를 높이는 것은 물론, 향후 달 기지 건설이나 유인 탐사 과정에서 예상되는 운석 충돌 위험을 평가하는 데에도 중요한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다. 다만 일각에서는 이번 사례를 계기로 급증하는 우주 쓰레기 관리 체계 구축과 우주 교통 통제의 필요성을 거듭 강조하고 있다. 하버드-스미스소니언 천체물리학센터 출신 조너선 맥도웰 연구원은 “이번 충돌 자체가 당장 달에 큰 문제가 되지는 않겠지만, 예측하기 어려운 궤도에 로켓 잔해를 방치해서는 안 된다”고 지적했다. 페르난도 연구원 역시 “충돌 잔해가 향후 달에 상주할 우주비행사나 탐사 기지에 얼마나 큰 위험이 될지 파악하는 중요한 계기가 될 것”이라고 밝혔다. 한편 인공물이 우주 표류 중 통제되지 않은 채 달과 충돌하는 사례는 지난 2022년 우주 로켓 잔해 충돌 이후 두 번째다. NASA는 당시 로켓 잔해가 달 뒷면 ‘헤르츠스프룽’ 분화구 인근에 충돌해 새로운 충돌 흔적을 남겼다고 밝혔다. 이후 NASA의 LRO가 촬영한 사진을 분석한 결과 예상과 달리 하나가 아닌 두 개의 충돌구가 나란히 형성된 이른바 ‘이중 크레이터’(double crater)가 확인됐다. 로켓 잔해 충돌 당시 초기에는 스페이스X의 로켓으로 알려졌다가 이후에는 중국의 로켓 상단부라는 분석이 나온 바 있다. 중국은 이 같은 주장을 부인했고 NASA는 그해 6월 보도 자료에서 ‘미확인 로켓 잔해’라는 표현을 사용했다.

“이것은 위성인가 행성인가.” 1995년 외계행성이 처음 관측된 이후 지금까지 6000개가 넘는 행성이 발견됐지만 그 주변을 도는 외계위성의 존재가 확실히 입증된 사례는 한 건도 없었다. 그런데 최근 항성, 갈색왜성, 위성의 3단 계층 구조 시스템이 발견돼 천문학 교과서를 새로 쓰게 됐다. 칠레 디에고 포르탈레스대 천체물리학 연구소, 유럽 남방천문대(ESO), 외계 행성 연구센터(YEMS), 천체물리학 및 기술 연구센터(CATA), 이탈리아 파도바 천문대, 로마 토르 베르가타대, 로마 천문대, 파도바대, 미국 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터 공동 연구팀은 항성(별)을 공전하는 갈색왜성, 그 갈색왜성을 도는 위성으로 구성된 ‘3단 계층 구조 시스템’을 최초로 관측했다고 밝혔다. 갈색왜성을 도는 위성에 대한 명확한 분류 체계가 없기 때문에 이번에 발견한 천체가 외계행성인지 외계위성인지는 아직 불분명하다. 그러나 이번 발견은 지금까지는 발견되지 않았던 행성계 내 외계위성의 결정적 식별을 향한 중요한 도약의 발판이 될 수 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 7월 23일 자에 실렸다. 갈색왜성은 목성 질량의 13~80배이고 태양 질량의 약 1.2~8%로 행성보다는 크지만 스스로 빛나는 별이 되기에는 질량이 부족해 실패한 별로 불리는 천체다. 중심부에서 안정적인 수소 핵융합 반응을 일으키지 못해 희미한 적외선과 열만 방출한다. 지금까지 6000개 이상의 외계행성이 발견됐지만 외계위성이 확실하게 식별·확정된 사례는 한 건도 없었다. 연구팀은 ‘CD-35 2722 B’라고 불리는 갈색왜성 동반천체 주위를 도는 외계위성(exosatellite)의 증거를 발견했다. 이에 과거 태양과 유사한 항성 주위에서 최초의 외계행성을 발견할 때 사용했던 도플러 분광법을 활용해 2023년 10월부터 2026년 2월까지 이 갈색왜성을 모니터링했다. 연구 결과, 최소 1개 이상의 공전 위성이 보내는 것으로 보이는 주기적 신호가 드러났고 2개 위성을 가정하는 역학 모델은 극도로 불안정한 것으로 나타났다. 연구팀은 이 천체 시스템의 물리적 특성을 모델링한 결과 목성 질량보다 약간 작은 천체가 170일 주기로 갈색왜성을 돌고 있는 것을 확인했다. 이 천체는 3단 계층 구조 시스템의 마지막 구성 요소라는 위치상 위성으로 분류하는 것이 타당해 보일 수 있지만 천체의 크기가 행성급이고 항성이나 행성이 아닌 갈색왜성을 돌고 있기 때문에 단순히 ‘외계위성’(exomoon)이라고 부르는 것은 적절하지 않을 수 있다고 연구진은 지적했다. 외계행성을 도는 외계위성은 일반적인 위성으로 쉽게 설명할 수 있지만 갈색왜성을 도는 위성을 같은 이름으로 부를 수 있을지에 대해서는 아직 결정되지 않았다. 연구를 이끈 앨리스 주를로 칠레 디에고 포르탈레스대 교수는 “이번 연구는 시선속도 분석법이라고 불리는 도플러 분광법을 통해 외계위성을 확실하게 탐지할 수 있음을 입증했지만 외계위성에 대한 명확한 분류 체계 정립이 필요함을 시사한다”고 설명했다.

태양보다 8배에서 10배 정도 되는 무거운 별은 오히려 태양보다 훨씬 빨리 죽는다. 엄청난 속도로 핵연료를 소모하면서 밝게 타오르다가 마지막에는 초신성 폭발을 일으키면서 짧고 굵은 삶을 사는 것이다. 무거운 별의 초신성 폭발은 지구에서 평범하게 살고 있는 우리와는 아무 상관이 없어 보이지만, 사실은 우리와 매우 연관이 깊다. 우리 몸을 구성하는 무거운 원소들이 이 초신성 폭발에서 나온 물질이기 때문이다. 사실 우주 초기에 생성된 수소만 빼고 우리 몸을 구성하는 산소, 탄소, 질소, 그리고 각종 원소들은 모두 별의 잔해에서 나온 물질들이다. 따라서 과학자들은 이 물질이 어떻게 새로운 별과 행성에 공급되는지 연구하고 있다. 일본 니가타대, 기후대, 교토대, 이과학연구원 합동 연구팀은 칠레에 있는 거대 전파 망원경인 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(ALMA)을 이용해 약 1600년 전에 폭발한 초신성 잔해 RX J1713.7-3946를 관측해 이 과정을 설명해 줄 놀라운 사실을 발견했다. 연구팀이 발견한 것은 생성되고 있는 새로운 아기 별 두 개였다. 아직 별이라고 하기 전단계의 뜨거운 가스 핵이지만, 이미 주변으로 에너지를 뿜어내면서 존재감을 뽐내고 있는 중이다. 새로 태어나는 별이 초신성 잔해에서 발견된 것은 이번이 처음으로 아기 별이 강렬한 초신성 폭발의 여파 속에서도 생존할 수 있을 뿐 아니라 풍부한 분자 구성을 그대로 유지할 수 있음을 보여줘 과학자들의 관심을 끌고 있다. 사실 초신성 폭발은 마지막 순간 엄청난 에너지를 모아 무거운 별이 한 번에 폭발하는 현상이기 때문에 엄청난 에너지를 방출한다. 이때 초신성 폭발의 밝기는 은하 전체와 맞먹는 수준이다. 거대한 별 주변에 형성된 아기 별의 경우 이때 나오는 강력한 에너지로 인해 상당한 충격을 받게 되지만, 이번 연구에서는 아기 별이 복잡한 유기물을 포함해 상당한 물질을 그대로 보존한 것으로 나타났다. 충격에도 불구하고 아기 별이 멀쩡한 이유에 대해서 연구팀은 뜨거운 핵들이 초신성 폭발의 영향을 최근에 받기 시작해 고에너지 입자들이 핵의 화학적 성질을 크게 변화시킬 시간이 충분하지 않았거나, 초신성 충격파에 의해 증폭된 것으로 추정되는 강력한 자기장이 우주선이 고밀도 분자 가스로 침투하는 것을 억제하여 뜨거운 핵과 분자 구성을 보존했을 것으로 보고 있다. 아무튼 이 초신성 잔해는 생명체 필요한 유기물은 보존하면서 새로 생기는 별 주변에 직접 무거운 원소를 공급해 행성 생성에 충분한 물질을 공급할 것으로 예상된다. 사실 과학자들은 태양계 역시 이렇게 형성되었을 가능성이 높다고 보고 있었지만, 실제 관측을 통해 이것이 가능하다는 점을 확인한 것이 이번 연구의 중요한 결과다. 이 연구는 천체물리학 저널 최신호에 발표됐다. 과학자들은 46억 년 전 태양계 행성 초기로 돌아가 당시 상황을 확인할 수 없지만, 이렇게 다양한 상황에 있는 새로운 별과 행성을 연구해서 태양계와 지구가 어떻게 형성되고 여기에서 어떻게 생명체가 탄생할 수 있었는지를 조금씩 알아내고 있다. 그러면서 알게 된 사실은 우리 모두가 별에서 만들어진 신비하고 놀라운 존재라는 것이다. 우주도 경이롭지만, 그 우주 안에서 생긴 인간 역시 경이로운 존재다.

138억 년 우주 역사에서 빅뱅 직후 최초의 6억 7000만 년은 여전히 베일에 싸여 있다. 우주를 여든 살 노인에 비유하면 네 살 정도일 때다. 그런데 이 무렵에 이미 태양 1조 개에 맞먹는 빛을 내뿜는 괴물 천체들이 존재했다는 사실이 확인됐다. 유럽우주국(ESA), 미국 캘리포니아 산타바바라대(UCSB), 네덜란드 레이던대 공동 연구팀은 유클리드 우주망원경이 지금까지 발견된 것 중 가장 오래된 퀘이사 31개를 무더기로 찾아냈다고 7일 밝혔다. 이 중 거대 블랙홀이 동력원인 은하핵 2개는 우주의 나이가 현재의 5%에 불과한 6억 7000만 년이었을 때 태양 1조 개에 맞먹는 빛을 내뿜고 있었다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘천문학과 천체물리학’ 7월 6일 자에 실렸다. 퀘이사는 우주에서 가장 밝고 에너지가 넘치는 천체로 은하 중심의 초대질량 블랙홀이 주변 물질을 대량으로 집어삼키는 과정에서 만들어진다. 퀘이사는 은하의 일생에서 짧게 지나가는 한 단계지만 초대질량 블랙홀로 대량의 물질이 소용돌이치며 빨려 들어가면서 막대한 에너지가 방출돼 극단적으로 밝은 빛을 낸다. 이에 엄청난 우주적 거리에서도 관측이 가능하다. 자기가 속한 은하 전체보다 수백 배에서 수천 배 밝게 빛나는 경우도 흔히 볼 수 있다. 퀘이사는 초대질량 블랙홀이 어떻게 형성되는지 이해하는 데 가장 좋은 단서를 제공하기 때문에 천체물리학자들의 관심 대상이다. 그러나 태양 질량의 수십억 배에 달하는 괴물 천체들은 우주가 유아기였을 때도 존재하고 있었는데 어떻게 그토록 빨리, 그리고 거대하게 자라는지는 명확히 알지 못한다. 더군다나 빅뱅 후 약 7억 7000만 년 이전에는 퀘이사를 만들 만큼 크게 자란 은하 자체가 거의 없어 이 시기 퀘이사는 극히 드물다. 설령 존재하더라도 원시 퀘이사의 빛은 희미한 데다 우리와 가까이 있는 별들의 신호와 혼동되기 쉬워 탐지가 어려웠다. 2023년 ESA는 암흑물질과 암흑에너지의 비밀을 풀기 위해 유클리드 우주망원경을 발사했다. 유클리드는 지구 대기의 적외선 방해가 없는 우주에서 넓은 하늘을 깊게 훑을 수 있어 초기 우주 천체 탐색에서 최적의 도구다. 유클리드의 광역 탐사 데이터를 분석한 결과 우주 나이가 현재 5%에 불과했던 초기 우주에서 31개의 새로운 퀘이사를 발견했다. 그중 가장 오래된 두 천체인 ‘EUCL J172902.75+641018.1’과 ‘EUCL J125308.55+705432.3’의 적색이동은 각각 7.77과 7.69로 역대 가장 오래된 퀘이사로 확인됐다. 적색이동(redshift)은 우주 팽창으로 천체의 빛 파장이 붉은 쪽으로 늘어나는 정도를 의미하는데 값이 클수록 더 멀고 오래된 천체다. 적색이동 7은 우주 나이가 현재의 6%도 안 되던 시점에 해당한다. 둘 다 130억 광년이 조금 넘는 거리에 있으며 우주 최초 6억 7000만 년 사이에 모습을 드러낸 것으로 밝혀졌다. 이 가운데 두 번째로 오래된 퀘이사를 정밀 관측한 결과 먼지와 가스로 가득 차 맹렬하게 새 별을 만들고 있는 은하 속에 파묻혀 있는 것으로 확인됐다. 초기 초대질량 블랙홀을 품은 모(母)은하가 어떤 모습일지 짐작게 하는 부분이다. 이번 발견으로 인류가 아는 적색이동 7 이상의 퀘이사 수는 단숨에 두 배 이상으로 늘었다. 지금까지는 적색이동 7 이상, 즉 우주 최초 7억 7000만 년에 해당하는 시기의 퀘이사를 10개 정도 찾는 데 10년 넘게 걸렸지만 유클리드는 1년 만에 그보다 더 많은 수의 퀘이사를 발견했다는 점도 이번 연구에서 눈길을 끄는 부분이다. 연구팀은 수천만 개 광원 속에서 퀘이사와 거의 똑같아 보이는 별들을 걸러내는 기계학습 알고리즘을 수년에 걸쳐 개발했으며 새 퀘이사의 3분의 2는 미국 하와이 켁(Keck) 망원경 후속 관측으로 확인됐다. 이 퀘이사들은 ‘재이온화 시기’로 불리는 우주사의 전환기에 존재했다. 최초의 별과 은하들이 내뿜은 빛이 초기 우주를 채우고 있던 차갑고 어두운 중성 수소 안개를 걷어내던, 오늘날 우주의 무대가 마련된 결정적 시기다. 연구를 이끈 조지프 헤너위 미국 UCSB 물리학과 교수는 “우주가 이제 막 시작됐을 무렵에 태양 질량의 수억 배에 달하는 블랙홀들이 발견되고 있는 등 시간을 거슬러 올라갈수록 퍼즐은 더 난해해진다”며 “적색이동 8, 즉 우주 최초 6억 3000만 년 이내의 퀘이사를 찾는 것이 다음 목표”라고 밝혔다.

운전 시 역주행은 자칫 대형 사고로 이어질 수 있는 중대한 운전 과실이므로 만에 하나라도 발생하지 않게 주의해야 한다. 이는 행성의 위성 역시 마찬가지다. 거꾸로 공전하는 위성은 보통 외부에서 끼어든 존재인데, 대개는 충돌 위험성이 높아 오랜 시간 안정적으로 존재하기 어렵다. 태양계에서는 해왕성의 위성 트리톤 같은 일부 위성이 역행성 궤도를 지니고 있지만, 행성은 모두 순행 궤도를 돈다. 천문학자들은 행성급 천체는 대부분 별의 자전 방향과 같은 순행 궤도를 돌 것으로 예측했다. 행성 크기 천체가 외부에서 반대 방향으로 안정적으로 진입하기 힘들고 행성의 공전 방향이 반대가 되기도 힘들기 때문이다. 하지만 항상 예외는 있게 마련이다. 프린스턴 대학교의 주앙 에스피노자-레타말 연구팀은 천체물리학 저널 ‘레터스’에 외계 행성 TOI-1710b의 이례적인 궤도 특성을 분석한 연구 결과를 발표했다. 지구보다 20배 무겁고 지름은 5배 큰 ‘따뜻한 해왕성’급인 TOI-1710b는 단순히 궤도가 기울어진 수준을 넘어, 모항성의 자전축과 거의 180도 반대되는 방향으로 공전하고 있었다. 연구팀은 처음에 나사의 행성 관측 위성인 TESS와 유럽 우주국의 가이아 관측 위성으로 이 행성을 연구하던 중 공전 주기가 이상하다는 사실을 확인했다. 분석 결과 TOI-1710b의 공전 궤도면이 심하게 기울어졌을 뿐 아니라 아예 별의 자전과 반대 방향인 역행 방향으로 공전한다는 점을 확인했다. 보통 행성은 별 주위 형성된 원시 행성계 원반에서 가스와 먼지가 모여 형성되기 때문에 공전 방향이 별과 동일하다. TOI-1710b는 외부에서 끼어든 천체라고 보기에는 너무 가까운 궤도를 공전하기 때문에 연구팀은 다른 천체의 중력 간섭에 더 무게를 두고 가능한 시나리오를 분석했다. 첫 번째 후보는 지구-태양 거리의 3600배 떨어진 거리에 있는 동반성이다. 하지만 동반성은 작은 적색왜성이고 거리가 너무 멀어 직접적으로 TOI-1710b의 궤도를 뒤집기에는 중력 효과가 부족한 것으로 나타났다. 연구팀은 아직 발견되지 않은 제3의 천체가 중력적 다리 역할을 했을 것이라는 시나리오를 제시했다. 연구팀의 시뮬레이션 결과, 약 15AU 거리에서 공전하는 목성 질량의 약 5배에 달하는 가스 행성이 존재할 경우, 이 중간 행성이 멀리 떨어진 동반성의 중력을 받아 안쪽의 TOI-1710b를 끌어당기는 ‘중력 연쇄 반응’을 일으킬 수 있음이 확인됐다. 이 모델은 TOI-1710b의 궤도가 관측된 것처럼 원형을 유지하면서도 역행 궤도에 진입하는 조건을 정확히 충족했다. 연구팀은 향후 가이아 관측 위성의 고정밀 천체 측정 장비를 통해 별의 미세한 흔들림을 관측한다면, 이 숨겨진 거대 행성의 존재를 검증할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 숨은 행성을 발견할 경우 역행성 행성의 생성 과정을 파악할 뿐 아니라 숨은 거대 질량 행성을 찾아내는 새로운 방법이 될 수 있다. 우주의 역주행도 위험하긴 마찬가지이지만, 과학자들은 역주행 행성을 통해 새로운 사실을 대거 밝혀낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

서울과학고 학생들이 교사와 함께 쓴 과학 논문이 세계적인 학술지에 실렸다. 서울시교육청은 서울과학고 졸업생 배이진·안건우·장근영(19)군이 고3 때 집필한 블랙홀 관련 논문이 중력·우주론·천체물리 이론 분야 SCI 국제학술지인 ‘인터내셔널 저널 오브 모던 피직스 D’에 최근 게재됐다고 23일 밝혔다. 논문 제목은 ‘장방정식에서 도출한 제약 조건 없는 블랙홀 열역학 정식화’이다. 세 학생과 교신저자로 참여한 물리교사 권용준씨는 논문을 통해 구대칭이 없는 일반적인 블랙홀이나 고차 중력 이론에서도 추가 제약 조건 없이 열역학 제1 법칙이 도출된다는 것을 처음 증명했다. 물리학계에선 블랙홀이 열역학 제1 법칙을 따른다는 사실을 중력장 방정식으로 풀기 위해 시도해 왔다. 그러나 기존 연구는 블랙홀의 부피를 감안한 외부 사건지평선의 변화만 고려해 내·외부에 두 지평선이 공존하는 ‘회전하거나 전하를 띠는 복잡한 블랙홀’에는 적용하기 어렵다는 한계가 있었다. 이들은 부피 대신 ‘엔트로피 변화’를 장방정식에 도입하며 난제를 해결했다. 논문 심사위원들은 “학생들이 이처럼 정교하고 수준 높은 연구를 수행한 것은 특히 인상적이며, 학생들의 뛰어난 재능과 교사의 훌륭한 지도를 잘 보여 준다”고 평가했다. 세 학생은 2학년 1학기 때 서울과학고에서 매주 수요일에 진행되는 ‘R＆E’ 과목에서 해당 주제를 연구하기 시작했고, 이후 학교에 상대성 이론에 관한 창의이론 특강을 추가로 요청해 연구를 심화했다. 서울시교육청은 대학이나 외부 연구기관의 도움 없이 오직 학교 안에서 교사와 학생들이 머리를 맞댄 결과라고 설명했다. 올해 2월 고교를 졸업한 배군은 서울대 전기정보공학부에, 장군은 서울대 물리천문학부에 다니고 있다. 연구를 지도한 권 교사는 “학생들의 지적 호기심과 열정이 학교의 체계적인 수업, 연구 활동 지원을 통해 훌륭한 결실을 맺었다”며 “앞으로도 학생들의 잠재력을 무한히 꽃피우는 교육을 이어 가겠다”고 말했다.

태양과 같은 별들은 생의 마지막을 앞두고 거대한 적색거성으로 팽창한다. 수백 배 불어 오른 몸집은 우주 공간으로 물질을 내뿜으며 서서히 식어간다. 마지막에 남는 것은 남은 물질이 수축해 생기는 백색왜성이다. 이 과정은 정적이고 단순해 보이지만, 사실 천문학자들은 이 죽음의 과정에 대해 아직 알지 못하는 것이 많다. 짐 풀러 캘리포니아 공과대학 이론 천체물리학 교수는 별이 적색거성 단계에서 조용히 죽음을 맞이하는 것이 아니라 사실은 춤추듯 이동한다는 새로운 모델을 제시했다. 풀러 교수가 제안한 모델의 핵심은 별 표면에서 일어나는 무질서한 물질 방출과 그로 인한 반동 효과다. 현재 태양도 종종 강력한 표면 폭발인 코로나 물질 방출(CME)을 통해 수백억 톤의 물질을 우주로 뿜어낸다. 그런데 별이 적색거성으로 부풀어 오르면 중력이 약해져 물질 방출 규모는 훨씬 커진다. 이때 부풀어 오른 별 표면에서 물질 덩어리가 무작위적이고 비대칭적인 방향으로 튀어나가면, 뉴턴의 제3법칙(작용-반작용)에 따라 별은 그 반대 방향으로 아주 작은 ‘킥’(반동)을 받게 된다. 풀러 교수는 “이 모델에서 부풀어 오른 별 표면에서 물질 덩어리가 비대칭적으로 무작위 방향으로 방출된다. 매번 그렇게 될 때마다 별은 그 반대 방향으로 작은 킥을 받는다”라고 설명했다. 흥미로운 대목은 이러한 작은 발동작이 누적되면서 나타나는 효과다. 풀러 교수의 계산에 따르면, 백색왜성이 되기 전 생애 마지막 단계에 있는 적색거성들은 수십만 년에 걸쳐 약 1만 번의 폭발을 일으킨다. 각각의 충격이 가해질 때마다 별은 초당 몇 미터의 속도로 이동하게 되는데, 이는 인간이 가볍게 조깅하는 정도의 속도로 매우 느린 수준이다. 그러나 수학적 모델을 통해 분석하면 방향은 무작위라도 시간이 지남에 따라 시작점에서 벗어날 확률은 높아진다. 예를 들어 어느 방향으로 이동할지 결정하기 위해 계속 동전을 던지다 보면 앞면과 뒷면이 나올 확률은 비슷해도 결국 시작점에서 벗어나게 되는 것과 비슷한 이치다. 3차원적으로 어느 방향으로든 폭발할 수 있는 별의 경우 이 변동성은 훨씬 커진다. 풀러 교수가 제시한 계산 결과, 1만 번에 걸친 작은 킥이 누적되면 별은 최종적으로 초당 약 1km라는 상당한 속도로 이동하게 된다. 이 모델은 쌍성계 해체의 수수께끼를 해결하는 실마리를 제시하고 있다. 카림 엘바드리 캘리포니아 공과대학 천문학 부교수는 별 두 개가 서로를 공전하는 쌍성계 중 한쪽 별이 적색거성 단계를 거쳐 백색왜성이 되면 두 별 사이의 거리가 멀어지는 현상을 관측했다. 풀러 교수의 모델은 그 이유를 쉽게 설명할 수 있다. 초당 1km라면 하루면 약 86.4km에 해당한다. 수만 년 누적되면 상당한 거리다. 따라서 초당 1km의 반동 속도가 두 별의 공전 속도보다 빠를 경우, 중력적 결합이 깨지면서 두 별이 서로 떨어지게 된다. 풀러 교수는 “쌍성의 공전 속도가 킥 속도와 같거나 그보다 작다면, 넓은 거리를 둔 쌍성은 중력적으로 결합이 풀리게 된다”며 “이 이론은 왜 쌍성계가 멀어지거나 해체되는지를 완벽하게 설명해 준다”고 강조했다. 엘바드리 교수 또한 “수년간 저를 괴롭혀 왔던 관측 현상을 설명할 수 있는 물리적 모델을 발견하게 되어 기쁘다”며 풀러 교수의 연구가 기존 관측 데이터를 뒷받침한다고 평가했다. 풀러 교수의 모델은 쌍성계의 해체뿐만 아니라 다른 가능성도 제시한다. 이동 방향은 무작위로 정해지기 때문에, 만약 반동의 방향이 동반성 쪽을 향하게 된다면 두 별이 충돌하여 거대한 폭발을 일으킬 수도 있다. 이는 향후 천문학자들이 우주를 관측할 때 확인할 수 있는 중요한 검증 포인트가 될 것으로 보인다. 이 연구 결과는 미국천문학회(AAS) 제248차 회의에서 발표됐으며 학술지에 논문이 제출된 상태다.

정치와 종교, 그 위험한 관계에 대하여(오스 기니스 지음, 홍병룡 옮김, 아바서원) 현대 종교계는 본질보다 정치적 진영 논리가 우선시되는 위기를 마주하고 있다. 기독교 변증가인 저자는 이를 ‘자유를 떠받치는 문화적 토양의 붕괴’로 진단한다. 사람 간의 차이를 다루는 방식이 무너지며 광장이 파멸에 이르렀다는 것이다. 그는 책에서 정치와 종교의 위험한 충돌을 끝낼 최선의 해결책으로 ‘시민 교양’(Civility)이라는 개념을 제시한다. 단순한 도덕성보다도, 신념을 지키면서도 설득·대화를 이어가는 ‘시민적 덕성’을 뜻한다. 324쪽, 2만 2000원. 청년 파산(박기태 지음, 메디치미디어) 부채가 소득보다 빠르게 증가하고 자산은 줄어드는 유일한 세대가 이 시대의 2030 청년들이다. 회생·파산 전문 변호사인 저자는 청년들이 빚을 떠안게 되는 이유와 방식을 짚어보고, 이를 통해 우리 사회 청년 파산이 단순히 개인에 한정된 문제가 아니라 공동체의 구조적 재난이나 다름 없다는 점을 적나라하게 드러낸다. 한 차례 넘어진 청년들에게 ‘실패할 권리’와 다시 일어설 탄성을 제공하는 사회 안전망이 필요하다. 이미 좌절한 이들을 위한 생존 지침을 책에서 만나볼 수 있다. 352쪽, 2만 2000원. 기술이 인류를 구원한다는 착각(애덤 베커 지음, 박주용 옮김, 동아시아) 미국 빅테크 억만장자들이 그리는 ‘기술이 주도하는 미래’는 과학에 근거한 것일까, 아니면 그들의 부(富)와 권력의 영속을 위한 이데올로기일까. 천체물리학자인 저자는 후자에 초점을 맞춘다. 그러한 비전에는 과학적 근거가 빈약하고, 실현 여부와 무관하게 ‘현존하는 권력’이 작동한다는 것이다. 책을 통해 그는 실리콘밸리를 지배하는 사상적 기원을 추적하고, ‘기술을 통한 구원’이라는 세계관이 어떻게 그물망을 짰는지 입체적으로 보여준다. 496쪽, 2만 2000원. 장애 건축(데이비드 기슨 지음, 박우진 옮김, 가망서사) 장애인 접근성 확보에 주력하는 현대 ‘무장애 도시 건축’은 과연 정의로울까. 그 자신이 절단 장애인인 저자는 경사로와 승강기로 표상되는 기존 무장애 건축의 한계를 지적한다. 기능주의적 장애 개념에 지나치게 천착한 결과 장애인의 접근성만이 장애 중심 설계의 핵심이 돼 버렸다는 것이다. 이에 그는 정치·사회·문화적인 거주 방식으로서의 건축인 ‘장애 건축’을 제안한다. 책을 통해 자립과 연대, 자율성과 상호작용의 가치를 지향하는 건축적 상상력을 살펴볼 수 있다. 288쪽, 2만 1000원.