태양 질량의 무려 300만 배에 달하는 초거대 블랙홀이 상상 이상의 속도로 우주를 이동하고 있다는 사실이 밝혀졌다. 미국 하버드대학과 스미스소니언 천체물리학 관측소 공동 연구진은 지구에서 2억 3000만 광년 떨어진 은하 ‘J0437 + 2456’에서 시간당 11만 마일(17만 7000㎞)의 속도로 이동하는 블랙홀을 확인했다고 밝혔다. 일반적으로 초거대 질량 블랙홀은 그 무게와 질량 등의 이유로 같은 자리에 머문 채 관측됐다. 이론적으로 제자리에 있지 않고 활발하게 움직이는 초거대 질량 블랙홀도 존재할 수 있지만, 이 이론에 대한 증거를 찾는 일은 쉽지 않았다. 현재는 붕괴된 푸에르토리코의 아레시보 망원경과 하와이의 쌍둥이자리 천문대에서 발견한 이 블랙홀은 초거대 질량 블랙홀도 빠르게 우주에서 이동할 수 있다는 것을 보여주는 대표적인 사례가 될 것으로 연구진은 기대했다. 연구진은 이 블랙홀이 거대한 몸집으로 이동하는 정확한 원인은 아직 밝혀내지 못했지만, 두 개의 블랙홀이 합쳐지면서 발생한 현상일 수 있다는 가설을 내놓았다.연구진은 “두 개의 초대형 블랙홀이 합쳐진 뒤 발생하는 여파를 관찰했다”면서 “두 블랙홀 합체의 결과는 새로 태어나는 블랙홀에게 일종의 ‘반동’을 줄 수 있고, 반동 또는 다시 안정되는 과정에서 블랙홀의 이동 에너지를 관측할 수 있다”고 설명했다. 이어 “볼링공을 차는 것이 축구공을 차는 것보다 더 어렵다. 이 블랙홀은 볼링공과 같다. 태양 질량의 수백만 배에 달하기 때문”이라면서 “이를 움직이게 하려면 매우 강력한 발차기가 필요하다는 것”이라고 비유했다. 전문가들은 이 블랙홀이 2개의 천체가 공통의 질량 중심을 기준으로 상호작용을 일으키는 계인 쌍성계(연성계, binary system)일 가능성도 있을 것으로 내다봤다. 자세한 연구결과는 미국 천체물리학 학술지(The Astrophysical Journal) 최신호 12일자에 실렸다.  송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

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

지구에서 무려 130억 광년 떨어진 곳에 존재하는 은하의 초대형 블랙홀에서 에너지와 물질이 분출되는 현상이 포착됐다. 일명 ‘제트 현상’으로 불리는 이 현상은 블랙홀이 빛에 가까운 빠른 속도로 물질을 분출하는 것으로, 이번 관측은 지금까지 확인된 제트현상 중 가장 멀리서 관측됐다는 점에서 더욱 학계의 관심을 모으고 있다. 미국 국립전파천문대(NRAO)와 유럽남방천문대(ESO) 공동 연구진은 130억 광년 떨어진 퀘이사를 통해 블랙홀의 제트현상을 발견했다. 퀘이사는 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체로, 별처럼 밝은 빛을 내는 은하를 의미한다. 연구진은 ‘P172+18’이라고 명명된 퀘이사를 발견했고, 이를 통해 블랙홀이 빠르게 우주 물질을 내뿜는 제트 현상까지 포착하는데 성공했다. 해당 블랙홀은 태양 질량의 3억 배에 달하는 거대한 규모로, 주변 물질을 빠르게 흡수하고 있으며, 지금까지 관측된 것 중 가장 빠른 속도로 질량을 키우고 있다고 연구진은 밝혔다. 초대질량의 블랙홀이 급속히 팽창하는 과정에서 제트현상이 포착됐으며, 특히 이번에 포착된 제트현상은 지금까지 확인된 것 중 가장 멀리서 관측된 것이어서 더욱 관심이 쏠렸다. 현재까지 ‘P172+18’보다 더 먼 우주에서 관측된 퀘이사도 있었지만, 제트현상을 보이는 퀘이사 중에서는 ‘P172+18’이 가장 멀리 떨어져 있다. 다만 연구진은 향후 극대망원경(ELT)와 같은 첨단 망원경을 이용한다면, ‘P172+18’처럼 지구에서 더 멀리 떨어진 밝은 퀘이사를 추가로 발견할 수 있을 것으로 보고 있다. 전문가들은 지구에서 약 130억 광년 떨어진 퀘이사의 블랙홀에서 관측된 제트현상이 초기 우주를 이해하는데 꼭 필요한 단서를 제공해 줄 것으로 기대했다. 자세한 연구결과는 미국 천체물리학학술지 최신호(8일자)에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

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

태양계의 모든 행성은 태양의 자전 방향과 같은 방향으로 공전한다. 행성은 원시 태양 주변에 있던 가스와 먼지 디스크인 원시 행성계 원반에서 생성되었기 때문에 거의 예외 없이 별과 같은 방향으로 공전하는 것이 일반적이다. 하지만 과학자들은 예외적으로 별과 반대 방향으로 공전하는 외계 행성이 있을 수 있다고 보고 있다. 별의 자전 방향과 반대로 공전하는 역주행 행성이 생길 수 있는 몇 가지 방법이 있기 때문이다. 첫 번째는 우연히 별 주변을 지나가던 떠돌이 행성이 중력에 의해 포획되는 경우다. 사실 태양계의 위성 중에도 행성의 자전 방향과 반대로 공전하는 역행성 위성이 있다. 토성의 위성 포이베(Phoebe)가 대표적인 경우다. 역행성 위성과 마찬가지로 우주를 유랑하는 떠돌이 행성이 우연히 별의 중력에 의해 포획된 경우 역행성 행성이 될 수 있다. 두 번째 방법은 아예 원시 행성계 원반의 축이 변하는 경우다. 두 개의 별이 서로를 도는 쌍성계는 흔하다. 만약 동반성의 중력이 충분히 강하다면 원시 행성계 원반을 거의 뒤집어 놓을 수 있다. 동반성이 아니라도 다른 별이 우연히 가까운 위치에서 빠르게 지나가면서 공전면을 바꿀 수도 있다. 최근 과학자들은 실제로 이런 사례를 발견했다. 덴마크 오르후스 대학의 항성 천체물리학 센터 연구팀이 이끄는 국제 과학자팀은 지구에서 900광년 떨어진 K2-290라는 쌍성계에서 실제로 이런 사례를 확인했다. K2-290A는 적어도 두 개의 외계 행성을 거느리고 있는데, 각각 해왕성과 목성보다 약간 작은 크기다. 두 행성 모두 수성보다 가까운 거리에서 모항성을 공전하고 있다. 연구팀은 이 두 행성의 공전 궤도가 90도보다 더 큰 124도로 기울어져 있는 것을 발견했다. 180도 뒤집어진 것은 아니지만, 비스듬하게 반대 방향으로 공전하는 셈이다. 이렇게 가까운 거리에서 공전하는 행성이라면 포획에 의한 역행성 행성의 가능성은 떨어진다. 더구나 하나가 아닌 두 개의 행성이 같은 각도로 공전하는 것은 행성이 형성되는 단계인 원시 행성계 원반 자체가 기울어지면서 생긴 결과로 봐야 한다. 만약 K2-290A가 다른 행성과 소행성을 거느리고 있다고 해도 같은 각도로 기울어져 있을 것으로 예상된다. 이런 형태의 역행성 행성계는 이론적으로 그 존재가 예상되긴 했지만, 멀리 떨어진 외계 행성의 공전 각도를 측정하기 어려워 직접 관측은 힘들었다. 그러나 강력한 망원경과 최신 관측 기술의 발달로 하나씩 그 존재가 밝혀지고 있다. 역행성 행성계에 대한 연구는 이제 시작단계다. 천문학자들은 역주행이 행성계에 어떤 영향을 주는지 알아내기 위해 연구를 계속할 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

인류보다 앞선 문명을 지닌 외계인은 SF 영화나 소설의 단골 소재다. 하지만 지금까지 과학자들은 지적 외계인은 고사하고 아주 단순한 외계 미생물조차 증명하지 못했다. 과학자들은 지난 수십 년간 지적 외계인이 증거가 될 수 있는 전파 신호를 찾아 헤맸지만, 특별한 성과를 거두지 못했다. 외계 문명의 증거를 찾는 과학자들은 계속해서 우주의 신호를 분석하는 한편 새로운 돌파구를 찾기 위해 노력하고 있다. 나사 고다드 우주 비행 센터의 라비 코파라푸와 그 동료들은 대표적인 대기 오염 물질 중 하나인 이산화질소(NO2)가 외계 문명의 단서가 될 수 있다고 주장했다. 연구팀이 천체물리학 저널 (Astrophysical Journal) 발표한 내용에 따르면 여러 가지 대기 오염 물질 가운데 이산화질소만이 가진 몇 가지 장점이 있다. 대기 오염 물질 중 오존층 파괴 물질인 염화불화탄소 (CFCs, 프레온 가스) 같은 경우 자연적으로는 거의 존재하지 않는 인공 유기 화합물이기 때문에 대기 중에서 검출한다면 외계 문명의 강력한 증거가 될 수 있다. 하지만 현재 관측 기술로는 관측이 힘들 뿐 아니라 해당 외계 문명이 프레온 가스를 사용하지 않을 가능성도 있다. 어쩌면 이 외계 행성에서도 오존층 파괴 문제로 사용금지 됐을 수 있기 때문이다. 이산화질소는 내연 기관의 연소 과정과 여러 산업 제조 과정에서 생산되는 물질로 해당 외계 문명이 산업화 과정을 거쳤다면 대기 중 상당량이 남아 있을 가능성이 크다. 물론 자연적으로도 생성된다는 단점이 있으나 지구처럼 이론적으로 예상되는 것보다 훨씬 많은 양이 이산화질소가 포착된 외계 행성이 있다면 산업 활동의 징후로 의심할 수 있다. 이산화질소의 존재는 외계 행성이 모항성 앞을 지날 때 대기를 통과한 빛의 스펙트럼을 분석하면 확인할 수 있다. 물론 외계 행성의 대기 스펙트럼을 분석하는 일은 매우 어려운 일이다. 특히 목성처럼 큰 가스 행성이 아니라 지구와 비슷한 크기의 작은 외계 행성인 경우 더 어렵다. 행성이 아무리 밝아봐야 별 밝기의 수십억 분의 1에 불과하기 때문이다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 현재 발사 예정인 제임스 웹 우주 망원경이나 다른 차세대 망원경을 사용하면 가능성이 있다는 결과를 얻었다. 다만 30광년 이내에 있는 태양 비슷한 별 주변을 공전하는 지구 비슷한 외계 행성의 대기에서 이산화질소를 검출하기 위해서는 400시간 정도 관측이 필요하다. 차세대 우주 망원경은 중요한 관측 목표가 매우 많아서 외계 행성 하나에 이렇게 많은 시간을 할애하기가 쉽지 않다. 따라서 관측 목표를 매우 신중하게 결정할 필요가 있다. 실제 관측에 들어가기 전에 실제로 정확하게 이산화질소의 양을 측정할 수 있도록 관측 모델도 정교하게 가다듬어야 한다. 당장 관측이 가능하진 않겠지만, 연구팀은 앞으로 더 정교한 3D 모델을 만들 계획이다. 이런 연구를 통해 언젠가는 외계 생명 혹은 문명의 징후를 지닌 행성을 실제로 찾게 될 날이 올지도 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com  

우주만큼이나 오래된 별들의 집단인 성단 속에 숨어 있던 어두운 비밀이 들추어졌다. 지구로부터 7800광년 거리에 있는 NGC 6397 성단이 그 중심부에 수많은 작은 블랙홀들을 품고 있다고 한 새로운 연구가 밝혀냈다. 연구자들은 NASA의 허블 우주망원경과 유럽우주국(ESA)의 가이아 위성을 이용해 NGC 6397 소속 별들의 움직임을 분석한 결과, 이 성단의 중심부에 성단 총질량의 0.8~2%에 이르는 '중심 암흑 성분'이 있다는 추정에 도달했다. 이 추정 물질이 보이는 특성은 중간질량 블랙홀과 일치한다. 중간질량 블랙홀이란 크기가 별이 붕괴한 후에 생기는 항성 블랙홀보다는 크고 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀보다는 작은 중간급의 블랙홀을 일컫는다. 그러나 중간질량 블랙홀이 형성되는 과정은 아직까지 명확게 밝혀지지 않은 상태이며, 다만 매우 거대한 항성의 중력붕괴에 의해 형성된 항성 블랙홀의 일종으로 여겨지고 있다. 또한 지금까지 중간질량 블랙홀의 후보들이 몇 개 발견되었을 뿐이며, 이번에 발견된 NGC 6397 속의 암흑성분은 그 후보 명단에 올라 있지 않은 것이다. 프랑스 파리 천체물리학연구소의 저자 에두아르도 비트랄과 가리 마몬은 "확산된 암흑성분의 유효 반경이 작기 때문에 그것이 조밀한 별(백색 왜성과 중성자별)과 항성질량 블랙홀로 구성되어 있음을 시사한다"고 밝혔다. 이어 "항성질량 블랙홀은 성단에서 25% 이상 벗어나지 않는 한도 내에서 확산된 암흑성분의 질량을 지배해야 한다"고 덧붙였다.  비트랄은 중심핵의 밀도가 유달리 높은 성단의 한 유형을 언급하며 "우리 연구는 중심핵 붕괴 구상성단의 중심에 있는 블랙홀 집단의 질량과 범위에 대한 정보를 모두 제공하는 최초의 연구"라고 설명했다.  새로운 연구는 지구에서 가장 가까운 구상성단 중 하나인 NGC 6397을 훨씬 먼 성단의 연구에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 밀집된 블랙홀들은 중심핵 붕괴 성단의 일반적인 특징으로, 이러한 별들의 집단은 레이저 간섭계 중력파 관측소에서 감지 된 중력파의 뚜렷한 소스일 수 있다. 자세한 연구결과는 '천문학과 천체물리학' 저널 2월 11일자 온라인판에 게재됐다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지난해 초신성 폭발 임박설로 관심을 모았던 오리온자리 알파별 베텔게우스의 밝기가 갑자기 줄어들었던 이유는 이 별에서 방출한 대량의 먼지구름 탓으로 실제 폭발까지는 10만 년 이상 남았다는 연구 결과가 나왔다. 호주국립대 메리디스 조이스 박사가 주도한 국제연구진은 항성 진화와 맥동의 유체역학(베텔게우스는 크기와 밝기가 변하는 맥동변광성) 그리고 별의 지진(성진)의 이론적 계산을 사용해 베텔게우스의 밝기 변화 여부를 분석했다.그 결과 현재 베텔게우스는 수소의 핵융합이 마무리되고 있으며 그 핵융합의 생성물로서 중심핵에 쌓인 헬륨을 통한 2단계 핵융합이 시작되고 있는 것으로 나타났다. 이는 이 별의 핵이 약 1억℃에 도달했을 때 일어나는 것으로 3개의 헬륨 핵이 충돌하고 융합해 탄소 핵을 형성한다. 이 연소 과정이 끝나는 언젠가 중심핵은 붕괴, 초신성 폭발을 일으켜 성간 공간에 먼지와 가스가 있는 영역인 성운을 생성하는 것이다. 하지만 이런 초신성 폭발이 일어나기까지의 시간은 아직 10만 년 이상 남아있다고 연구진은 결론지었다.138억년에 걸친 우주의 시간 규모로 따지면 10만 년 뒤는 내일 같은 것이지만, 안타깝게도 지금 사람들은 목격할 수 없다. 또 베텔게우스의 맥동 구조는 ‘카파 메커니즘’(kappa-mechanism)이라는 현상에 의해 작동해 185(±13.5)일과 400여일이라는 2가지 주기로 밝게 빛나거나 어두워지는 것으로 확인됐다. 게다가 지난해 초 대폭적인 밝기 감소는 별이 맥동하는 움직임과 함께 별에서 방출된 대량의 먼지구름이 관계하고 있는 것도 시사됐다. 베텔게우스의 크기는 지금까지 태양계에 둘 경우 목성 궤도까지의 거리보다 더 큰 반지름으로 여겨졌다. 태양과 목성까지의 평균 거리는 약 7억8000만㎞다. 하지만 이번 연구에서는 베텔게우스의 반지름이 태양 반지름(약 69만㎞)의 약 750배(약 5억2000만㎞)로 기존 연구에서 추정되던 반지름의 3분의 2 정도 크기인 것으로 나타났다. 이처럼 별의 물리적 크기를 알면 지구로부터의 거리도 정할 수 있다. 지금까지는 약 640~700광년으로 추정해왔지만 태양 반지름의 약 750배임을 고려하면 530광년으로 이는 기존에 알려진 것보다 100광년 이상(약 20~25%) 가까운 것이다. 이에 따라 100광년이나 가까운 경우라면 10만년 뒤라고 해도 실제로 베텔게우스가 초신성 폭발을 일으켰을 때 지구가 위험에 노출될 확률이 높아진다는 우려가 나오지만, 먼 미래 폭발한다고 해도 지구에는 큰 영향이 없다고 연구진은 말했다.베텔게우스는 초신성 폭발을 일으킬 것으로 여겨지는 후보들 가운데 지구와 가장 가까운 거리에 있어 앞으로도 얼마 동안은 매우 중요한 연구 대상이 될 것이다. 폭발 전 어떤 일이 일어나는지 연구할 중요한 기회를 줄 것이라고 연구진은 덧붙였다. 자세한 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘천체물리학저널’(ApJ·Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국에서 두 고등학생이 새로운 외계행성 4개를 발견하는데 큰 성과를 세워 천문학계의 찬사를 받고 있다. 이번 발견으로 이들 학생은 최연소 천문학자로도 불리고 있다. 2일(현지시간) 미국 뉴욕포스트 등 외신에 따르면, 카르틱 핑글레(16)와 재스민 라이트(18)라는 이름의 두 학생은 미 하버드·스미스소니언 천체물리학센터(CfA)의 학생 연구 멘토링 프로그램(SRMP)에 참여해 멘토의 도움으로 새로운 행성들을 발견할 수 있었다.매사추세츠주에 있는 두 고등학교에 각각 다니고 있는 이들 학생은 매사추세츠공과대(MIT) 카블리천체물리학우주연구소의 탄수 데일란 박사와 함께 지난 1년간 미 항공우주국(NASA)의 우주망원경 ‘테스’(TESS)의 관측자료를 연구·분석했다. 두 학생은 ‘멘토’ 데일란 박사와 함께 지구에서 약 200광년 거리에 있는 외계항성 TOI-1233을 대상으로 오랜 시간 연구한 끝에 이 별 주위를 공전하는 행성 4개를 발견했다. TOI-1233라는 이름은 TESS가 발견한 천체들 가운데 행성을 거느릴 가능성이 큰 관심 천체(OI·Object of Interest) 중 1233번째(1233)라는 뜻에서 이런 약칭이 붙었다. 핑글레 학생은 “우리는 시간이 지남에 따라 항성의 빛 변화를 관찰하고 싶었다. 만일 어느 행성이 항성 앞을 지나간다면 주기적으로 항성을 가려 그 밝기를 줄일 것”이라고 말했다. 두 학생은 이 항성을 탐색하는 동안 적어도 1개의 행성을 찾길 바랐기에 총 4개의 행성을 발견했을 때 기쁨에 휩싸였다. 라이트 학생은 “놀라지 않을 수 없었다. 우리는 이들 행성이 데일란 박사의 연구 목표라는 것을 알고 있었지만 실제로 다중 행성계를 발견하고 팀의 일원이 됐다는 점은 정말 멋졌다”고 말했다.새로 발견된 행성들 가운데 3개는 가스형 행성이지만, 태양계에 있는 해왕성보다 작은 미니 해왕성으로 여겨진다. 이들은 이들 행성을 관찰하는 동안 각각의 행성이 최소 6일부터 최대 19.5일마다 항성 주위를 한 바퀴 공전하는 것을 알아냈다. 반면 네 번째 행성은 크기가 큰 암석형 행성이라서 슈퍼지구로 분류되며 4일 안에 항성 주위를 한 바퀴 공전하는 것으로 나타났다. 두 학생과 함께 공동집필한 연구 논문을 지난주 ‘천문학 저널’(The Astronomical Journal) 최신호에 발표한 데일란 박사는 두 젊은 연구자와 함께 일한 것은 서로에게 윈윈이었다고 말했다. 그는 “연구자로서 실험과 교육에 개방적이어서 최소한의 편견을 지닌 이들 젊은 두뇌와 함께 연구하는 것이 정말 즐거웠다. 이들 학생 역시 최첨단 연구방식을 경험하게 돼 연구 경력을 빠르게 준비할 수 있어 매우 유익하다고 생각한다”고 말했다. 한편 두 학생의 앞날도 창창한 것으로 전해졌다. 후배 핑글레는 졸업 뒤 응용수학이나 천체물리학 전공을 고려하고 있고 선배 라이트는 최근 스코틀랜드 에든버러대의 천체물리학과에 합격한 것으로 알려졌다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리은하는 수많은 외계 문명의 발상지일 수 있지만, 그중 대다수는 과학과 기술의 지나친 발전 탓에 이미 오래 전 멸망했을 가능성이 매우 크다는 이론이 나왔다. 미국항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL)와 캘리포니아공과대 등 연구진은 우리은하에서 외계 문명의 출현과 멸망을 지도화하기 위해 현대 천문학 이론과 통계적 모형을 사용했다. 연구진은 1961년 미국의 천체물리학자 프랭크 드레이크 박사가 인간과 교신할 수 있는 외계 지적생명체의 수를 계산하기 위해 만든 유명 방정식인 ‘드레이크 방정식’을 개선해 위와 같은 결론에 이르렀다. 연구진이 논문을 통해 밝힌 방정식은 기존 것보다 훨씬 더 실용적이다. 이는 우리은하에서 생명체가 언제 어디서 출현할 가능성이 가장 높은지를 말해주고 문명 발전에 영향을 미치는 가장 중요한 요소인 지적생명체의 ‘자기 멸각’(self-annihilation·스스로를 멸망에 이르게 하는 것) 경향을 알아낼 수 있기 때문이다. 연구진은 지구와 같은 행성을 지닌 태양과 같은 별의 확산과 치명적인 방사선을 내뿜는 초신성의 빈도, 조건이 맞으면 지적생명체가 진화하는 데 필요한 확률과 시간 그리고 자기 멸각과 같이 지적생명체의 발전에 영향을 미치는 다양한 요소를 살폈다.이런 요소를 고려해 시간이 지남에 따라 우리은하의 진화를 모형화한 결과, 은하 중심에서 약 1만3000광년, 은하가 형성한지 약 80억 년 뒤 생명체가 출현할 확률이 정점에 달한 것으로 나타났다. 반면 지구는 은하 중심에서 약 2만5000광년 떨어져 있고 인류 문명은 우리은하가 형성한지 약 135억 년 뒤에 출현했다. 이는 인류가 우리은하의 지리학적인 면에서 개척 문명이며, 상대적으로 후발주자일 가능성이 높다는 것이다.하지만 생명체가 합리적으로 자주 발생한다고 가정하면 다른 문명들도 있을 것이다. 대부분 은하 중심에서 1만3000광년 거리의 띠 주위에 모여 있을 가능성이 있는 데 그 영역에는 태양과 같은 별이 널리 퍼져 있기 때문이다. 오늘날에도 우리은하에 여전히 존재하는 다른 문명들은 대부분 젊을 가능성이 높다. 지적생명체는 오랜 시간이 지나면 스스로를 멸망에 이르게 할 가능성이 상당히 높기 때문이다. 비록 우리은하가 50억여 년 전에 문명의 정점에 도달했더라도 그 무렵에 있던 대부분의 문명은 자멸했을 가능성이 있다는 것을 발견했다고 연구진은 밝혔다. 자세한 연구 논문은 미국 코넬대에서 운영하는 출판 전 논문공개 사이트인 아카이브(arXiv.org) 제출돼 14일자로 공개됐으며 동료 검토 저널에도 실릴 예정이다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미 항공우주국(NASA)의 쌍둥이 우주 탐사선 보이저호가 성간공간에서 계속 새로운 발견들을 알려오고 있다. 보이저호는 새로운 유형의 ‘전자 폭발'(electron burst)을 감지했는데, 이는 별이 플레어를 일으키는 메커니즘을 규명하는 데 하나의 통찰을 줄 것으로 보인다고 새로운 연구가 보고했다. 전자 폭발은 태양계를 가로질러 빠른 속도로 움직이는 입자인 우주선(宇宙線)이 태양면 폭발로 야기된 충격파에 의해 밀렸을 때 일어난다. 그럴 경우 전자는 성간공간의 자기장선을 따라 믿을 수 없을 정도의 속도로 가속된다고 연구팀의 한 과학자가 밝혔다. “충격파가 입자를 가속시킨다는 것은 새로운 아이디어는 아니다”라고 전제한 논문 교신저자 돈 거넷 미국 아이오와 대학 천체물리학 명예교수는 “그러나 그 같은 현상을 새로운 영역, 곧 유사한 과정이 관찰된 태양계의 태양풍과는 전혀 다른 성간 매체 속에서 발견했다는 점이 특기할 만하다”고 설명했다.두 보이저 우주선은 43년 동안 우주를 항해하고 있는 중이지만 여전히 건강한 체력을 유지하고 있으며, 탑재된 과학장비들도 정상적으로 작동하면서 각종 과학 데이터들을 지구로 전송하고 있다. 단, 보이저 2호는 지구의 수신 시설 업그레이드로 인해 올해 몇 달 간 교신하지 못했지만, 지난 11월 다시 통신이 재개되었다. 전자 폭발을 일으키는 첫 번째 단계는 태양의 코로나 질량 방출에서 촉발된다. 이러한 태양 폭발은 엄청난 양의 초고온 플라스마를 우주공간으로 방출하고, 이것은 태양계를 가로질러 퍼져나가는 충격파를 만든다. 이러한 충격파는 빠르게 움직이는 우주선 전자, 즉 먼 초신성으로부터 오는 하전 입자를 가속한다. 이러한 우주선은 성간 매질 속에서 별 사이로 이어지는 자기장선을 따라 더욱 가속된다. 그리하여 자기장선은 결국 우주선을 거의 광속에 가깝게 가속시킨다. 이는 처음 우주선을 가속시킨 태양 충격파보다 670배나 빠른 속도다. 연구진은 충격파의 속도가 시속 160만㎞에 이른다고 밝혔다. 아이오와 대학 연구팀은 “물리학자들은 성간 매질에 있는 이러한 전자가 충격파의 첨단에 있는 강화된 자기장에서 반사된 후 충격파의 움직임에 의해 가속되는 것으로 믿고 있다"면서 "반사된 전자는 성간 자기장선을 따라 나선형으로 진행하며, 전자와 충격점 사이의 거리가 멀어짐에 따라 속도는 더욱 빨라진다”고 밝혔다. 보이저 1,2호는 충격파로 인한 전자 가속이 발생한 후 며칠 내로 이를 감지했다. 그리고 얼마 후 두 탐사선은 모두 전자 폭발에 의해 생성된 성간 매체를 통해 느리고 낮은 에너지의 플라스마 파 진동을 발견했다. 보이저 1, 2호는 모두 전자 폭발이 발생한 후 최대 1년이 지난 후에야 태양 충격파를 감지했다. 이는 우주선이 태양으로부터 멀리 떨어져 있었기 때문에 걸린 대기 시간이다. 보이저 1호는 태양에서 약 227억㎞ 떨어져 있고, 보이저 2호는 약 188억㎞ 거리에 있다. 지구와 태양의 평균 거리는 1억 5000만㎞(1AU)이므로 두 우주선은 각각 151AU, 125AU 거리에 있는 셈이다. 천문학자들은 충격파와 우주선이 어떻게 태양 폭발에서 발생하는지 더욱 잘 이해하기를 희망한다. 태양 폭발은 국제우주정거장(ISS)이나 NASA가 2024년에 착륙하기를 희망하는 달과 같은 곳의 우주비행사에게 위험한 방사선을 생성할 수 있다. 특히 격렬한 폭발은 지구 궤도를 도는 위성이나 전력선과 같은 기반 시설에 치명적인 손상을 끼칠 수도 있기 때문에 이에 대한 연구의 중요성은 우리 생존에도 직격된 문제다. 새로운 연구는 ‘천문학 저널’ 12월 3일자에 발표되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

지난 57년 동안 우주로 향하는 지구의 커다란 눈 역할을 해 온 푸에르토리코의 아레시보 천체관측소 전파망원경이 지난 8월부터 파손이 보고됐는데 스스로 무너져내렸다. 천체과학자 칼 세이건의 원작을 바탕으로 외계와의 소통 시도를 다룬 1997년 조디 포스터와 매튜 매커너히가 주연한 영화 ‘콘택트’와 1995년 피어스 브로스넌이 주연한 007 시리즈 ‘골든아이’에도 등장했을 정도의 랜드마크였는데 무너지고 말았다. 미국 국립과학재단(NSF)은 1일(현지시간) 트위터에 “푸에르토리코 아레시보 관측소의 지름 305ｍ 망원경이 밤새 붕괴됐다”며 “부상자는 보고되지 않았다”고 전했다. NSF는 “안전이 최우선 순위”라면서 붕괴 소식에 안타까움을 표시했다. AP 통신과 푸에르토리코 일간 엘누에보디아 등에 따르면 이날 새벽 전파망원경 상단의 무게 900t 수신 플랫폼이 140ｍ 아래 지름 305ｍ 크기의 반사 접시 위로 떨어졌다. 관측소에서 26년 동안 근무한 조너선 프리드먼은 이날 AP 통신에 “우르릉 소리를 듣고 무슨 일인지 알아차렸다. 정신없이 비명을 질렀다”고 참담한 심경을 전했다. 천문학자인 카르멘 판토하 푸에르토리코 대학 교수는 “엄청난 손실이다. 아레시보 망원경은 내 삶의 한 장이었다”고 표현했다. 아레시보 천체관측소는 카리브해의 미국령 푸에르토리코의 석회암 채취장에 1963년 건립됐다. 2016년 중국이 지름 500ｍ의 전파망원경 톈옌(天眼)을 건설할 때까지 세계 최대 유일한 망원경이었던 아레시보 전파망원경은 오랫동안 굵직굵직한 천문학과 천체물리학 연구 성과의 산실 역할을 했다. 학자들은 이곳에서 외계 행성을 연구하고 지구로 향하는 소행성을 추적했다. 아레시보 망원경을 이용한 쌍성 펄서(강한 자기장을 갖고 빠른 속도로 회전하는 중성자별) 발견은 노벨상 수상으로도 이어졌다. 많은 예비 천문학자나 예비 물리학자들의 교육 공간으로도 널리 활용됐다. 아레시보 망원경은 외계와 교신하려는 인간의 노력에도 큰 역할을 수행했다. 망원경이 수집한 우주 전파 신호를 분석해 외계 생명체를 찾는 프로젝트도 진행됐고, 1970년대 세이건 등 천체물리학자들이 외계 생명체에 보내는 ‘아레시보 메시지’를 쏘아 올리기도 했다. 또 반세기 넘게 허리케인과 지진 등을 견뎌왔지만 세월의 무게를 견디지 못했다. 지난 8월 망원경을 지탱하던 보조 케이블이 끊어져 반사 접시 위에 떨어지며 구면 일부가 파손됐다. 지난달 메인 케이블마저 끊어지자 NSF는 더는 복구가 어려운 상황이라며 해체 결정을 내렸다. 망원경이 역사 속으로 사라지는 것을 안타까워하는 전 세계 과학자 등이 NSF의 해체 결정을 뒤집어 달라는 청원에 나서기도 했다. 임병선 평화연구소 사무국장 bsnim@seoul.co.kr

외계와 교신을 시도했던 아레시보 전파망원경이 붕괴되며 57년간 업무 수행을 마감했다. 아레시보 천체관측소는 카리브해의 미국령 푸에르토리코의 석회암 채취장에 1963년 건립됐다. 이곳은 수많은 천문학자, 물리학자들의 교육 장소로도 활용됐으며, 외계 행성을 연구했다. 아레시보 망원경을 이용한 쌍성 펄서(강한 자기장을 갖고 빠른 속도로 회전하는 중성자별) 발견은 노벨상으로 이어지기도 했다. 또한 외계 생명체를 찾는 프로젝트가 진행된 곳으로도 유명하다. 망원경이 수집한 우주 전파 신호를 분석해 외계 생명체를 찾으려 했으며, 1970년대 미국 칼 세이건 등 천체물리학자들이 외계 생명체에 보내는 ‘아레시보 메시지’를 우주를 향해 쏘아 보냈다. 세이건의 원작을 바탕으로 외계와의 소통 시도를 다룬 1997년 영화 ‘콘택트’에서 아레시보 관측소는 영화의 배경이 됐다. 또 1995년 007 시리즈 ‘골든아이’에도 이곳 아레시보 관측소가 등장한다. 하지만 1일(현지시간) 새벽 전파망원경 상단의 무게 900t 수신 플랫폼이 140ｍ 아래 지름 305ｍ 반사 접시 위로 떨어지며 역사 속으로 사라지게 됐다.앞서 지난 8월 망원경을 지탱하던 보조 케이블이 끊어져 반사 접시 위에 떨어지며 구면 일부가 파손됐다. 11월에 메인 케이블마저 끊어지자 미국 국립과학재단(NSF)는 더는 복구가 어려운 상황이라며 해체를 예고한 상태였다. NSF는 이날 “푸에르토리코 아레시보 관측소의 지름 305ｍ 망원경이 밤새 붕괴됐다”며 “부상자는 보고되지 않았다”고 전했다. 이어 “안전이 최우선순위”라면서 붕괴 소식에 애석함을 표시했다. 한편 아레시보 망원경의 해체 소식이 전해졋을 당시 망원경이 역사 속으로 사라지는 것을 안타까워하는 전 세계 과학자 등은 NSF의 해체 결정을 만류하는 청원에 나서기도 했다. 강경민 콘텐츠 에디터 maryann425@seoul.co.kr

나의 대답은 오직 과학입니다/닐 디그래스 타이슨 지음/배지은 옮김/반니/332쪽/1만 6900원 국제우주정거장(ISS)에서 우주비행사들이 생활한 지 꼭 20년이 됐다. 2000년 11월 2일 미국 우주비행사 1명과 러시아 우주비행사 2명이 최초로 미완성 ISS에 도착했고 이후 2명 이상의 우주비행사가 항상 그곳을 지켰다. 태양광 시설을 포함해 축구장 크기의 ISS는 무게만도 500t 가까이 된다고 한다. 신간 ‘나의 대답은 오직 과학입니다’는 ‘칼 세이건의 후계자’이자 ‘세계에서 가장 유명한 과학 커뮤니케이터’로 불리는 미국 천체물리학자 닐 타이슨의 우주와 종교, 철학과 삶에 대한 101가지 대답을 담았다. 유명인답게 그의 메일과 트위터에는 셀 수 없는 질문들이 쏟아진다. 과학에 관한 물음이 제일 많지만, 갖가지 삶의 문제에 대한 해답을 구하는 질문도 제법 많다. 책은 이 가운데 101개 편지를 가렸다. 한때 타이슨은 전국 초등학생들의 공공의 적이었다. 명왕성이 2006년 태양계 행성의 지위에서 떨어져 나갔는데, 행성의 조건에 맞지 않다는 점을 조목조목 밝혀 소행성으로 분류하자고 국제천문연맹에 건의한 장본인이다. 다시 행성으로 돌려놓으라는 초등학생들의 편지가 끝도 없이 이어졌다고 한다. 초등학교 3학년 매들린은 “이제 명왕성을 뭐라고 불러요?”라고 단도직입적으로 물으며 “명왕성에도 사람이 살아요? 만일 거기에 사람이 살면 그 사람들은 사라지게 되잖아요”라고 따졌다. 타이슨은 “만일 누군가 명왕성에 살고 있다면 그 사람들은 명왕성이 왜소행성으로 바뀐 후에도 계속 거기 살 수 있답니다”라고 달랜다. 이어지는 말이 철학적이다. “명왕성이 누군가가 좋아하는 행성이었다면, 이제부터는 누군가가 좋아하는 왜소행성이 되는 거예요. 해로울 건 아무것도 없습니다.” 과학자들이 권력을 얻으면 종교인들을 사자 먹이로 던질 거라는 공격적인 편지도 적잖다. 타이슨의 대답은 단호하다. “진화론이 없으면 생물학은 그 어떤 것도 전후 관계를 맞출 수 없고, 모든 인간이 특별하게 창조됐다고 생각하는 사람들이야말로 현재 번성을 구가하는 생물공학산업 분야에 한 발도 들여놓을 수 없다.” 이 외에도 외계인의 존재, 테러와 음모론, 신과 사후세계 등 흥미로운 질문과 답변이 빼곡하다. 101가지 질문에 모두 관심을 둘 필요는 없다. 구미 당기는 몇 가지 질문을 골라 보는 재미로 과학이라는 세계에 한 발 들어가 보는 것도 나름 괜찮은 선택이 될 것이다.

존재하는 모든 것에는 종말이 있다. 태양도 예외는 아니다. 약 46억 년 전에 태어난 태양은 별의 일생으로 치자면 그 중간 지점에 와 있다. 태양은 앞으로 약 50억 년 정도 지금과 같은 모습으로 활동할 것으로 보인다. 이것은 태양에 남아 있는 수소의 양으로 계산한 결과다. 태양이 종말을 맞는다면 과연 지구와 태양계는 살아남을 수 있을까? 이에 관해 미국의 천체물리학자 폴 M. 서터가 우주 전문 사이트 스페이스닷컴(Space.com)에 29일 흥미로운 칼럼을 게재했는데, 이를 약간 가공하여 소개한다. 우리 태양의 죽음은 먼 미래의 일이다. 그러나 별 역시 인간처럼 생로병사의 길을 걷는 존재인 만큼 언젠가는 일어날 일이다. 그러면 우리 태양계는 어떻게 될까? 문제는 태양의 죽음 이전부터 시작된다. 우리가 가장 먼저 직면해야 하는 것은 노년의 태양 자체다. 수소 융합이 태양 내부에서 계속됨에 따라 그 반응의 결과인 헬륨이 중심부에 축적된다. 폐기물이 주위에 쌓이면 태양의 수소핵 융합이 더 어려워진다. 그러나 아래로 내리누르는 태양 대기의 압력은 여전하므로 균형을 유지하기 위해 태양은 핵융합 반응 온도를 더욱 높여야 하며, 이러한 상황이 아이러니하게도 태양 중심부를 더욱 가열시킨다. 이는 태양이 늙어감에 따라 더욱 뜨겁고 밝은 별로 진화한다는 뜻이다. 수억 년 동안 번창하다가 6600만 년 전에 멸종한 공룡은 오늘날 우리가 보는 것보다 더 어두운 태양 아래 살았을 것이다.어쨌든 태양은 10억 년마다 밝기가 10%씩 증가하는데, 이는 곧 지구가 그만큼 더 많은 열을 받는다는 것을 뜻한다. 따라서 10억 년 후이면 극지의 빙관이 사라지고, 바닷물은 증발하기 시작하기 시작하여, 다시 10억 년이 지나면 완전히 바닥을 드러낼 것이다. 지표를 떠난 물이 대기 중에 수증기 상태로 있으면서 강력한 온실가스 역할을 함에 따라 지구의 온도는 급속이 올라가고, 바다는 더욱 빨리 증발되는 악순환의 고리를 만들게 된다. 그리하여 마침내 지표에는 물이 자취를 감추고 지구는 숯덩이처럼 그을어진다. 35억 년 뒤 지구는 이산화탄소 대기에 갇힌 금성 같은 염열지옥이 될 것이다. 수소 융합의 마지막 단계에서 태양은 부풀어오르기 시작해 이윽고 적색거성으로 진화할 것이며, 그때쯤이면 수성과 금성은 확실히 태양에 잡아먹힐 것이다. 그렇다면 지구의 운명은 어떻게 될까? 그것은 태양이 얼마나 팽창할 것인가에 달려 있다. 만약 태양이 지구 궤도까지 팽창해 뜨거운 태양 대기가 지구를 덮친다면 지구는 하루 안에 녹고 말 것이다. 만약 태양의 팽창이 금성 궤도쯤에서 멈춘다 하더라도 지구는 온전할 수가 없다. 태양에서 방출되는 고에너지는 지구 암석을 증발시킬 만큼 강력하므로, 지구는 밀도가 높은 철핵만 남게 될 것이다. 외부 행성들이라 해도 이 재앙을 피해가기는 어렵다. 태양의 증가된 복사는 얼음알갱이들로 이루어진 토성의 고리를 파괴할 것이며, 목성의 유로파, 엔셀라두스 등의 위성들도 얼음 표층을 잃을 것이다. 증가된 복사열이 외부 행성들을 덮칠 때 가장 먼저 일어나는 사건은 지구 대기만큼이나 연약한 외부 행성 대기를 남김없이 벗겨버리는 것이다. 그러나 태양이 계속 팽창하면 태양 대기의 바깥 갈래들 중 일부는 중력 깔때기를 통해 거대 외부 행성으로 돌입할 수 있으며, 그에 따라 외부 행성들은 이전보다 훨씬 더 큰 덩치의 행성으로 변할 것이다. 그러나 태양은 아직 진정한 종말을 맞은 것은 아니다. 최종 단계에서 태양은 반복적으로 팽창-수축을 거듭하여 수백만 년 동안 맥동 상태를 이어갈 것이다. 중력적인 측면에서 본다면 이는 안정적인 상황이 아니다. 격동하는 태양은 외부 행성을 이상한 방향으로 밀고 당기기를 계속하다가 치명적인 포옹으로 끌어들이거나 아니면 태양계에서 완전히 축출해버릴 것이다. 그러나 나쁜 일만 있는 것은 아니다. 우리 태양계의 가장 바깥쪽 부분은 수억 년 동안 지금의 지구처럼 따뜻한 곳이 된다. 적색거성으로 진화한 태양에서 쏟아지는 열과 복사량이 많아짐에 따라 태양계에서 거주 가능 구역(물이 액체로 존재할 수 있는 별 주변 지역)이 바깥쪽으로 이동하게 된 것이다. 위에서 보았듯이, 처음에는 외부 행성의 위성들이 얼음 껍질을 잃어버리면 일시적으로 표면에 액체 바다가 형성될 수 있다. 또한 명왕성을 비롯한 왜소행성들과 카이퍼 벨트의 천체들도 결국 얼음을 잃게 될 것이다. 가장 큰 변화는 이 모든 것들이 뭉쳐져 멀리서 적색거성 태양의 둘레를 도는 미니 지구가 될 것이란 점이다.78억 년 뒤 태양은 초거성이 되고 계속 팽창하다가 이윽고 외층을 우주공간으로 날려버리고는 행성상 성운이 된다. 거대한 먼지고리는 명왕성 궤도에까지 이를 것이다. 어쩌면 그 고리 속에는 잠시 지구에서 문명을 일구었던 인류의 흔적이 조금 섞여 있을지도 모른다. 한편, 외층이 탈출한 뒤 극도로 뜨거운 중심핵이 남는다. 이 중심핵의 크기는 지구와 거의 비슷하지만, 질량은 태양의 절반이나 될 것이다. 이것이 수십억 년에 걸쳐 어두워지면서 고밀도의 백색왜성이 되어 홀로 태양계에 남겨지게 될 것이다. 이 백색왜성은 처음에는 엄청나게 뜨거워서 우리가 알고있는 생명체에 잔인한 피해를 줄 수있는 X선 방사선을 발산한다. 그러나 차츰 냉각되어 10억 년 이내에 안정된 온도에까지 떨어지고, 수조에서 수십조 년까지 존재할 것이다. 백색왜성 주변에는 새로운 거주 가능 구역이 형성되겠지만, 낮은 온도로 인해 수성 궤도보다 훨씬 가까운 거리가 될 것이다. 그 거리는 행성이 모항성의 기조력에 극히 취약한 범위 내인 만큼 백색왜성의 중력이 행성을 찢어버릴 수도 있다. 이상이 태양의 종말 이후 우리가 얻을 수 있는 최선의 예측이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

달에 기지를 운용할 정도로 충분한 물이 발견됐다는 결정적 연구 결과가 26일(현지시간) 나란히 나왔다. BBC는 “달에 물이 있다는 증거는 있었지만, 이번 연구 결과는 잠재적 수자원이 더욱 많을 수 있음을 시사한다”고 전했다. 과학 학술지 네이처 천문학에 최근 게재된 논문 두 편에 따르면 미 항공우주국(나사) 고더드 우주비행센터의 케이스 호니볼 박사 연구팀은 ‘성층권적외선천문대’를 활용해 달 관측 자료를 분석한 결과 달 표면 알갱이에 분명한 물 분자의 존재를 확인했다. 호니볼 박사는 이날 기자회견에서 “물의 양은 토양 1㎥에 약 350㎖ 정도이고, 물 분자가 분산돼 있어 얼음이나 물웅덩이를 형성하고 있는 것은 아니다”라고 설명했다. 성층권적외선천문대는 말 그대로 성층권 가까이 비행하면서 적외선 영역을 관측한다. 또 볼더 콜로라도대학 천체물리학 조교수 폴 헤인 박사 연구팀도 혜성이나 운석을 통해 전달된 물이 얼음 형태로 보존돼 있을 수 있는 영구 음영 지역인 이른바 ‘콜드 트랩’이 달 표면에 다양한 형태로 존재한다고 밝혔다. 이 연구팀은 물을 가둘 수 있는 달 표면이 이전에 추정했던 것보다 두 배가 넘는 4만㎢ 정도 된다고 결론 내렸다. 이번 연구는 달에 있는 물을 추출해 사용할 수 있다면 향후 달 기지 건립에 획기적인 발전을 가져올 수 있음을 의미한다. 영국 오픈대 한나 사전트 교수는 “이번 연구는 달에 우리가 이용할 수 있는 잠재적 수자원이 더 많다는 뜻으로, 기지를 건설할 수 있는 후보지가 더 늘어날 수 있다”고 말했다. 안석 기자 sartori@seoul.co.kr

달에 물이 존재하고, 더 쉽게 확보할 수 있는 가능성을 높여주는 연구 결과가 26일(이하 현지시간) 나란히 공개됐다. 물은 달 탐사 현장에서 식수로 이용할 수 있을 뿐만 아니라 수소를 분리해 로켓 연료로 활용할 수 있어 달 탐사와 탐사 기지를 지탱할 수 있는 귀중한 자원이다. 한 연구는 달 표면에서 물(H₂O) 분자 분광 신호가 분명하게 포착됐다는 것이고, 다른 하나는 물이 얼음 형태로 갇혀 있을 수 있는 달 표면의 영구 음영(陰影) 지역이 기대했던 것보다 많다는 것이다. 둘 다 달에서 물을 확보하는 것이 예상보다 쉬울 수 있다는 점을 밝혀낸 것이다. 두 연구 결과 모두 과학 저널 ‘네이처 천문학’(Nature Astronomy)에 게재됐다. 네이처에 따르면 미국 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터 연구원 케이스 호니볼 박사가 이끄는 연구팀은 보잉 747기를 개조해 운영하는 ‘성층권적외선천문대’(SOFIA)의 달 관측 자료를 분석해 물 분자 분광 신호를 포착했다. 달 표면, 특히 남극 주변에서는 수화(hydration) 흔적이 포착돼 보고된 바 있지만 3㎛(마이크로미터) 분광 신호여서 물 분자인지 수산기(OH) 화합물인지 분간이 안 됐다. 하지만 SOFIA 관측은 6㎛로 수산기 화합물과 공유하지 않는 물 분자 분광 신호라는 점이 확인됐다. 연구팀은 남반구 고위도 지역에 물 분자가 100~400ppm 정도로 풍부하게 존재하며, 달 표면의 알갱이 사이에 보관된 것으로 추정했다. 볼더의 콜로라도대학 천체물리학 조교수 폴 헤인 박사가 이끄는 연구팀은 혜성이나 운석을 통해 전달된 물이 얼음 형태로 보존돼 있을 수 있는 영구 음영지역인 이른바 ‘콜드 트랩’(cold trap)이 다양한 크기와 형태로 존재하며, 이전에 추정되던 것의 두 배가 넘는 남극과 북극의 약 1만 5000 평방마일에 걸쳐 형성돼 있는 것으로 추산했다. 연구팀은 NASA 달정찰궤도선(LRO) 자료를 검토하고 수치모델을 활용해 이런 결과를 제시했다. 연구팀은 콜드트랩이 작은 것은 지름이 1㎝밖에 안 되는 것도 있으며, “우주비행사가 (얼음을 찾아 큰 충돌구의) 음영지역으로 깊이 들어갈 필요 없이 주변에서 1m짜리 음영을 찾아내 활용할 수도 있다”고 설명했다. 남극 주변에 있는 대형 충돌구인 ‘섀클턴 크레이터’는 약 20여㎞에 걸쳐 있고 깊이가 수 킬로미터에 달하며 기온은 영하 150도까지 내려가 있는 것으로 알려졌다. 연구팀은 달의 영구 음영지역이 실제로 얼음을 갖고 있는지 규명하지 못했다며 이를 입증할 수 있는 유일한 방법은 우주비행사나 탐사 로버가 직접 가보는 수밖에 없다고 했다. 헤인 박사는 “이번 연구 결과가 맞다면 식수나 로켓 연료, NASA가 물을 요구하는 모든 것에 더 쉽게 접근하게 될 것”이라고 말했다. 임병선 평화연구소 사무국장 bsnim@seoul.co.kr

폐기된 러시아 인공위성과 우주를 떠도는 중국 로켓 파편이 충돌을 목전에 두고 있다. 15일(현지시간) 미국 우주전문매체 스페이스닷컴은 대형 우주쓰레기 충돌 사고가 예상된다고 전했다. 같은 날 우주쓰레기를 관측하고 추적하는 미국 연구기관 레오랩(LeoLabs)은 “지구저궤도(LEO)에서 충돌 위험이 큰 두 물체를 관찰하고 있다”고 밝혔다.레오랩은 두 물체가 미국동부시간(EDT)으로 15일 밤 8시 56분, 한국시각으로 16일 오전 9시 56분 남대서양 상공 991㎞ 지점에서 충돌할 가능성이 높다고 경고했다. 확률은 최대 20%에 달한다. 결합질량 2800㎏에 달하는 두 물체가 초속 14.7㎞, 시속 5만2950㎞의 빠른 속도로 부딪힐 경우 엄청난 양의 파편이 궤도를 뒤덮을 것으로 보인다.미국 하버드-스미스소니언 천체물리센터 조나단 맥도웰 박사에 따르면 두 물체 중 하나는 1989년 구소련이 쏘아 올린 항법위성 코스모스-2004(KOSMOS-2004)다. 1974년 처음 발사된 ‘파루스’(PARUS) 시리즈 중 하나다. 다른 하나는 2009년 이후 우주를 떠돌고 있는 중국 운반로켓 창정(長征) 4호 파편이다. 로켓 3단에서 떨어져 나온 파편의 지름은 2.9m, 길이는 7.5m이며 무게는 1000㎏으로 추정된다.레오랩 측은 충돌이 발생할 경우 지구에는 직접적 영향이 없지만, 그 파편이 궤도에 있는 다른 위성 작동에 큰 방해가 될 거라고 설명했다.. 우주쓰레기 간의 충돌은 최근 우주 비행과 탐험에 큰 위협으로 떠올랐다. 2009년 2월에는 미국 인공위성 ‘이리듐 33호’와 러시아 군사위성 ‘코스모스-2251호’(KOSMOS-2251)가 충돌해 그해 10월까지 1800여 개의 새로운 우주쓰레기를 만들었다. 국제우주정거장(ISS)도 올해 들어 벌써 세 번이나 충돌 위기를 넘겼다.지난 5월 발표된 보고서에 따르면 우주쓰레기 중 대부분은 러시아 책임이다. 파편 중 1만4403개가 러시아 인공위성이나 로켓에서 비롯됐다. 전문가들은 대책 마련이 시급하다고 지적한다. 미국 콜로라도대학교 연구팀은 국제적 협정을 통해 ‘궤도 사용료’를 부과, 우주에 있는 위성 수를 제한해야 한다고 강조했다.　 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

전 세계인과 과학자들이 주목했던 2020년 노벨과학상 수상자 발표가 지난주 끝났다. 올해 노벨과학상 수상자와 업적은 여러모로 관심을 끌었다. 예년 같으면 일반인들은 아무리 여러 번 듣고 뜯어봐도 이해가 되지 않는 난해한 업적들이 수상되는 경우가 대부분이었지만 올해는 누구나 한 번쯤은 보고 들은 연구 성과들이다. 키워드로만 본다면 올해 노벨생리의학상은 ‘C형간염 바이러스’, 물리학상은 ‘블랙홀’, 화학상은 ‘유전자 가위’로 요약할 수 있을 것이다. 또 노벨과학상 수상자 8명 중 3명이 여성 과학자였으며 특히 화학상은 노벨상 120년 역사상 처음으로 여성 과학자 2명만이 수상자로 선정됐다. 로저 펜로즈 영국 옥스퍼드대 교수의 노벨물리학상 수상은 2018년 타계한 스티븐 호킹 박사를 다시 대중 앞으로 불러냈다. 펜로즈 교수는 호킹 박사와 함께 1965년 ‘특이점 정리’를 발표하면서 아인슈타인의 일반상대성이론이 맞다면 우주에는 반드시 빅뱅과 블랙홀이라는 ‘특이점’이 존재한다는 것을 수학적으로 증명했다. 이 때문에 호킹 박사가 살아 있었다면 공동 수상을 했을 것이라는 말이 나오기도 했다. 사실 호킹 박사는 유독 노벨상과 인연이 없었던 것으로도 잘 알려져 있었다. 이에 대해 ‘이론은 걸출하지만 실증이 뒷받침되지 않았기 때문’이라는 지적들이 있었는데 이번 펜로즈 교수의 수상으로 이런 평가들이 머쓱해지게 됐다. 어쨌든 펜로즈와 호킹의 연구 덕분에 노벨위원회에서 이야기한 것처럼 ‘우리 우주에서 가장 독특한 현상’인 블랙홀 연구가 활발해진 것은 사실이다. 이 같은 상황에서 영국 버밍엄대 중력파천문학연구소, 에든버러대 천문학연구소를 중심으로 16개국 31개 연구기관으로 구성된 국제공동연구팀은 블랙홀에 빨려 들어가는 별(항성)의 마지막 순간을 관측하는 데 성공했다고 14일 밝혔다. 이 같은 연구 결과는 천문학 분야 국제학술지 ‘영국왕립천문학회 월간회보’ 10월 13일자에 실렸다. 연구팀은 유럽남방천문대(ESO)에서 운용하고 있는 초거대망원경(VLT), 신기술망원경(NTT), 미국 캘리포니아에 있는 라스 쿰브레스 천문대(LCO)의 국제망원경네트워크, 미국항공우주국(NASA)의 감마선 폭발감시 스위프트 위성을 이용해 지구에서 2억 1500만 광년 떨어져 있는 에리다누스좌(座)를 6개월 동안 관측한 결과 ‘조석파괴 현상’(tidal disruption event)을 발견했다. 연구팀은 이번에 발견된 조석파괴 현상을 ‘AT2019qiz’라고 이름 붙였다. 조석파괴는 은하 중심의 초거대 블랙홀에 별이 빨려 들어가면서 극한 중력 때문에 얇고 길게 찢겨져 파괴되는 현상이다. 사람의 몸이나 물체가 블랙홀과 근접하게 되면 블랙홀과 가까운 쪽과 먼 쪽에 작용하는 중력 크기가 다르게 작용하면서 마치 국수가락처럼 가늘고 길게 늘어나게 돼 조석파괴는 블랙홀의 ‘스파게티화’(spaghettification)라고도 불린다. 그러면 블랙홀은 면을 후루룩 흡입하는 ‘면치기’하는 것처럼 물체를 삼키게 된다. 조석파괴 현상은 블랙홀이 별을 흡수하는 동시에 초속 1만㎞ 속도로 먼지와 파편을 내뿜어 블랙홀 주변에 어두운 장막을 형성한다는 사실을 연구팀은 처음 밝혀냈다. 블랙홀이 가시광선과 전파를 방출한다는 점에 대해서도 논란이 있어 왔지만 이번 연구로 물질을 흡수와 분출, 강착이 하나의 과정으로 연결돼 있다는 것을 밝혀낸 것이다. 연구를 주도한 맷 니콜 버밍엄대 천체물리학부 교수는 “이번 연구 결과는 초거대질량 블랙홀과 주변의 극한 중력 환경에서 물질이 어떻게 작용하는지 더 잘 이해할 수 있게 돕는 일종의 ‘로제타석’이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구에서 약 63광년 떨어진 또 다른 항성계 안쪽에서 숨어 공전하고 있는 외계행성을 직접 관측하는 데 성공했다고 천문학자들이 밝혔다. 독일 막스플랑크 외계물리학연구소(MPE) 등 국제연구진은 ‘화가자리 베타별c’이라고 불리는 이 외계행성을 칠레 파라날천문대에 있는 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)으로 포착했다. 화가자리 베타별c는 남쪽 하늘의 화가자리를 구성하는 화가자리 베타별을 공전하는 외계행성으로, 질량은 목성의 약 8.2배로 여겨진다. 공전 궤도의 긴 반지름은 약 2.7AU(천문단위·1AU는 약 1억5000만㎞로 태양에서 지구까지의 평균 거리에서 유래)로, 약간 찌그러진 타원형 궤도를 그리는 것으로 보인다. 연구진이 VLT에 설치된 관측장비 ‘그래비티’(GRAVITY)로 분석한 자료를 가지고 생성한 이미지에는 티끌로 된 원반 안쪽으로 두 행성이 포착돼 있다. 이 중 더 안쪽에 있는 행성이 화가자리 베타별c이고, 좀 더 바깥쪽에 있는 행성은 2008년 VLT에 의한 직접 관측으로 이미 발견됐던 화가자리 베타별b의 모습이다. 이 행성의 질량은 목성의 6~15배, 궤도 긴 반지름은 약 9.0AU로 추정된다. 연구진에 따르면, 화가자리 베타별b와 화가자리 베타별c는 모두 비슷한 질량을 가지고 있을 가능성이 있지만, 밝기는 화가자리 베타별b가 6배 밝은 것이 이번 관측 자료에서 드러났다.화가자리 베타별c는 별을 공전하는 행성이 잡아당기는 힘으로 별빛이 미세하게 흔들릴 때 나타나는 빛(파장)의 변화를 분석하는 시선속도법(radial velocity method)을 이용함으로써 간접적으로 발견됐던 외계행성이다. 시선속도법으로는 외계행성의 질량만 알 수 있지만, 이번 사례처럼 직접 관측할 수 있다면 외계행성의 밝기도 조사할 수 있다. 연구 공동저자인 프랑스 파리천문대 산하 우주연구·천체물리학계측연구소(LESIA)의 실베스트레 라쿠르 박사는 “이번 성과는 탐지한 행성을 시선속도법을 사용해 처음으로 직접 확인한 것”이라고 설명했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘천문학과 천체물리학’(Astronomy & Astrophysics) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr