-아인슈타인이 예측한 중력파는 과연 존재하는가? 우주의 시공간 구조는 그 속에서 움직이는 물체에 따라 쉼 없이 뒤틀리거나 휘어진다. 이러한 시공간의 뒤틀림으로 발생한 요동이 파도처럼 광속으로 전달되어, 움직이는 물체 또는 계(界)로부터 바깥쪽으로 이동하는 파문(ripples)을 중력파라 한다. 주로 천체의 중력붕괴나 초신성 폭발 등으로 발생하는 이 중력파는 일찍이 아인슈타인이 일반상대성 이론에서 그 존재를 예측했지만, 아직 중력파를 검출하는 데 성공한 예는 없다. 그러나 간접적으로 그 존재가 알려졌는데, 1974년 조셉 테일러와 러셀 헐스는 펄서의 쌍성계인 PSR B1913+16을 발견하고 그 자전주기와 펄스 방출주기를 정밀하게 측정한 결과, 그 궤도주기가 점차 짧아지고 있음을 밝혀냈다. 이 현상은 중력파를 통해 에너지가 밖으로 방출되었다고 볼 때, 일반상대성 이론이 예측한 값과 오차범위 내에서 일치했다. 두 사람은 "중력 연구의 새로울 가능성을 여는 신형 쌍성 펄서의 발견" 업적으로 노벨 물리학상(1993년)을 받았다. 이처럼 천체물리학의 최대 화두가 되는 이 중력파 검출에 본격적으로 뛰어들 준비가 갖추고 있는 관측소가 있다. 미국의 루이지애나에 설치된 레이저간섭중력파관측소(LIGO: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)는 업그레이드를 완료해 크게 향상된 감도로 중력파 검출에 나설 채비를 하고 있는 중이다. 연말께부터 관측을 시작하려고 하는 LIGO팀은 20년간의 노력 끝에 알베르트 아인슈타인이 약 한 세기 전에 예측한 파동을 어렴풋이 볼 수 있게 되기를 기대하고 있다. 어쨌든 천문학자들은 최상의 해상도를 확보할 방법으로 이 중력파를 검출하기를 열망하고 있다. 하지만 그들이 원하는 방법대로 하려면, 두 개의 인공위성을 우주로 띄워야 한다. 그리고 수백만 킬로미터 떨어진 곳에 각각 위치시킨 다음 그사이 시공간의 중력파를 검출을 시도하는 것이다. 이처럼 극단적으로 먼 거리를 잡는 것은 시공간의 뒤틀림이 극히 작아 중력파를 검출하기 위해 최대한 공간을 확보하기 위한 것이다. 다행히 중력파 검출을 열망하는 천문학자들에게 큰 지원군이 나타났는데, 유럽우주기구(ESA)에서 중력파 관측 탐사선을 쏘아 올릴 예정이라는 소식이다. ​아직 망원경의 디자인이 결정된 것은 아니지만, LISA 패스파인더(Laser Interferometer Space Antenna Pathfinder)와 NGO(New Gravitational wave Observatory)가 검토단계에 있는데, 둘 중 하나가 조만간 결정되면 2034년 우주로 올려보내질 예정이다. 그러나 LISA 패스파인더는 사실 중력파 사냥에 전적으로 투입되지는 않고, 약 20년에 걸쳐 보다 광범한 임무를 수행할 예정이다. "정말 내가 원하는 것은 중력파 천체물리학에 집중하는 것이다"라고 이 두 프로젝트에 관여하는 T 맥나마라가 '디스커버리' 지와의 인터뷰에서 밝혔다. 그는 1994년 21살의 나이로 LISA에서 과학자로서의 경력을 시작했다. 2034년 LISA 패스파인더가 우주로 떠나면 그도 은퇴할 나이에 이르게 된다. LISA 패스파인더는 어떤 우주선보다 정적이고 안정된 상태를 유지할 것이다. 패스파인더가 머물게 될 궤도는 지구에서 태양 쪽으로 150만km 떨어진 우주공간으로, 라그랑주 1 지점(L1)이라고 일컬어지는 곳이다. 여기에서 지구와 태양의 중력이 균형을 이루어 패스파인더는 안정된 자세를 유지할 수가 있다. LISA 패스파인더가 만약 탐사선이 중력파 검출에 성공한다면 우주의 거대 폭발 증거를 발견한 최초의 우주선이 될 것이다. 사진=ESA(아인슈타인이 예측한 중력파를 검출하기 위해 우주로 발사될 예정인 LISA 패스파인더 상상도) 이광식 통신원 joand999@naver.com

세계에서 가장 성능이 뛰어난 디지털카메라가 만들어진다. 이 카메라는 우주 관측에 쓰일 망원경에 장착되는 데 해상도가 무려 32억 화소나 된다. 이른바 ‘LSST’(Large Synoptic Survey Telescope, 대형 시놉틱 관측 망원경)로 불리는 차세대 천체망원경의 핵심이 될 이 카메라를 제조하는 것을 마침내 미국 에너지부(DoE)가 승인했다고 미국 스탠퍼드대 국립가속연구소(SLAC)가 발표했다. LSST 건설 계획에 참여하고 있는 SLAC에 따르면 이미 카메라 조립에 쓸 2000제곱피트(약 186㎡)짜리 ‘클린룸’(반도체 소자나 집적 회로 제조를 위하여 미세한 먼지까지 제거한 청정실)도 완성됐다. 스티븐 칸 LSST 프로젝트 책임자는 “‘3차 중대 결정’(Critical Decision 3)으로 알려진 이번 승인은 완성된 카메라를 망원경에 달기 전에 하는 마지막 절차였다”면서 “이제 부품을 입수해 만들 수 있게 됐다”고 설명했다. 칠레 파촌 산에 건설될 LSST에 장착될 카메라는 무려 3톤에 달하는 거대한 장비다. 32억 화소라는 세계 최대 해상도를 제공하는 것에 걸맞게 카메라 필름에 해당하는 CCD는 1600만 화소짜리 CCD 200개를 모자이크처럼 결합해 만들고 빛을 반사해 CCD에 투영할 주거울의 지름도 8.4m나 될 것으로 알려졌다. 이를 통해 찍은 한 장의 사진은 고화질TV(HDTV) 1500대 화면에 동시에 띄울 수 있을 정도로 매우 높은 해상도를 갖게 된다고 한다. 이 카메라는 또 필터링 교체를 통해 근자외선부터 근적외선에 이르는 넓은 범위의 파장을 관측할 수 있도록 지원한다. 또 천문 관측이라는 장기간 프로젝트를 진행해야 하는 특성상 카메라 자체에 1년에 600만GB 분량의 촬영 데이터를 저장할 수 있다. 600만GB는 800만 화소 디지털카메라로 매일 80만 장의 사진을 하루도 빠지지 않고 1년 동안 찍은 것과 맞먹는 분량이다. 천문학자들은 이렇게 쌓은 데이터에서 은하계 구조를 분석하거나 잠재적 위험 소행성, 초신성 폭발을 관측하고 암흑물질이나 암흑에너지에 관한 연구를 하는 등 다양한 분야에 이용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 미국 국립연구위원회(NRC)의 천문학과 천체물리학 10년 장기조사인 ‘아스트로 2010’(Astro2010)에 따르면 LSST는 앞으로 10년 안에 가장 많이 쓰일 관측장비가 된다. 현재 LSST 공식 사이트에는 기초공사 사진이 공개돼 있지만, 앞으로 카메라 제조와 검사 등 작업을 거치게 된다. 첫 번째 시험 가동은 오는 2019년이며 실제 관측은 2022년부터 이뤄질 예정이다. 사진=LSST/SLAC 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

자연환경은 물론 원자로에서 방출되고 있는 특정 방사성물질이 얼마나 되는지 알 수 있는 세계지도를 과학자들이 처음으로 만들어냈다. 지질학자와 물리학자로 구성된 한 연구팀이 ‘반중성미자’(反中性微子·antineutrino)라는 특정 물질의 방출을 나타낸 최초의 세계지도를 공개했다고 영국 일간 데일리메일 등 외신이 보도했다. 이 지도는 이미지를 통해 기존 혹은 새롭게 건설된 원자로들에서 발생하는 방사선을 관찰하는 것은 물론 지구 내부의 ‘에너지 수지’(에너지의 유입과 배출)에 관한 중대한 기준선을 제공한다. 지도 제작은 미국 국립지리정보국(NGA) 주도로 미 매릴랜드대(UMD)와 하와이대, 하와이퍼시픽대, 울트라리틱스 유한회사(Ultralytics, LLC) 소속 연구자들과의 협력을 통해 이뤄졌다. 반중성미자는 흔히 ‘유령 입자’로도 알려진 중성미자(中性微子, neutrino)의 반물질로, 두 물질은 과학계에서는 가장 작은 원자구성입자로 알려졌다. 중성미자가 유령 입자로 알려진 이유는 전기적으로 중성을 띠며 질량이 영(0)에 가까워 다른 물질과 거의 반응하지 않기 때문이다. 물론 반중성미자 역시 이런 성질이 있기는 마찬가지이지만, ‘역베타붕괴’로 불리는 과정에서 검출할 수 있어 과학자들은 이 물질에 주목하고 있다. 이들 입자는 우리 태양과 같은 별이나 그런 별의 마지막 단계인 초신성, 또 그 폭발로 발생하는 블랙홀, 그리고 우리 인간이 만들어낸 원자로에서 핵반응을 일으킬 때 생성되는 일종의 산물이다. 또 지구를 구성하는 깊숙한 곳에서도 방사성 붕괴 과정으로 이런 입자가 생기며 이때 방사성 열을 발생한다. 이런 반물질을 검출하고 지도로 작성하는 연구에 참여한 윌리엄 맥도너 UMD 지질학과 교수는 “지구 내부는 오늘날 기술로도 관측하기가 꽤 어렵다. 이전 연구자들은 꿈이라고만 했지만 우리는 지도를 통해 반중성미자의 활동 위치를 파악할 수 있다”고 설명했다. 또 “이 지도는 더 깊은 지각과 맨틀 내부에서 일어나는 과정에 관한 앞으로의 연구에 특히 유용할 것”이라고 말했다. 반중성미자를 찾아내려면 건물 크기만한 거대한 검출기가 필요하다. 연구팀은 이번 연구에서 지구 깊은 곳에서 방출되고 있는 자연적인 반중성미자를 파악하기 위해 이탈리아와 일본에 있는 두 검출기를 통해 수집된 데이터를 분석했다. 여기에 국제원자력기구(IAEA)가 수집한 현재 운영 중인 원자로 400개의 데이터를 더했다. 그 결과, 전체에서 인위적인 원자로로부터 방출된 반중성미자는 자연적인 것을 합친 총량의 1% 미만을 차지하는 것으로 확인됐다. 반중성미자 검출은 또 지구 곳곳에서 비밀리에 진행되는 핵실험 흔적을 확인하는 데도 사용할 수 있다. 이는 핵반응 중 발생하는 반중성미자는 거의 모든 물질을 통과하는 성질이 있기 때문. 이에 대해 맥도너 교수는 “원자로들을 계속 예의 주시하는 것은 국제적인 안전과 안보를 위해 중요하지만, 지질학자로서 난 특히 지구 내부에 대해 배울 수 있어 기대하고 있다”고 말했다. 또 “이 프로젝트는 우리가 지질학적인 시간 규모에서 지구의 ‘에너지 수지’에 관한 기본 정보를 알 수 있도록 하고 지금까지 알려지지 않은 새로운 정보도 밝혀낼 수 있다”고 설명했다. 연구팀은 앞으로 지구 내부 모델을 개선하고 반중성미자 탐지 기술을 보완하는 것으로 정기적으로 반중성미자의 방출을 나타낸 세계지도를 업데이트해 나갈 계획이다. 또 지도를 업데이트할 때는 새롭게 건설된 원자로는 추가하고 폐쇄된 것은 제외할 것이라고 한다. 그 모든 것을 합한 지도는 지구의 전반적인 방사선을 보여줄 것이다. 이번 지도 제작 연구를 이끈 NGA 소속 연구개발(R&D) 과학자 숀 우스만 박사는 “반중성미자는 지구의 자연적인 방사선에 의해서만 생성되는 입자”라면서 “NGA는 앞으로 지구에서 발생하는 감마선과 중성자 방출을 나타낸 지도도 만들 것”이라고 밝혔다. 한편 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 9월 1일자 온라인판에 게재됐다. 사진=미국 국립지리정보국(NGA) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

초신성(항성진화의 마지막 단계) 폭발이 빚어낸 엄청난 충격파가 태양계 탄생을 촉발했다는 연구논문이 카네기 연구소 과학자들에 의해 발표되어 관심을 끌고 있다. ​46억 년 전 가스와 분자들로 이루어진 몇 광년 크기의 원시 구름들이 떠돌던 한 우주공간 부근에서 초신성 폭발이 일어났고, 그 충격파로 원시구름의 중력 균형이 무너져 한 점으로 붕괴하기 시작함으로써 태양계 형성의 첫발을 내딛었다는 것이다. 이 초신성이 우주 공간으로 내뿜은 잔해들은 지금도 소행성 등에서 발견되고 있다. 이번 연구를 진행한 과학자들은 태양계 탄생을 촉발한 초신성 폭발이 태양계에 회전력을 부여했으며, 이로써 지구를 포함한 행성들이 형성되기에 이르렀다고 주장한다. 카네기 연구소의 과학자인 앨런 보스와 샌드라 카이저는 초신성 폭발이 어떻게 태양을 만들어냈는가 하는 주제를 오래 연구해왔다. 그들의 모델은 초신성 폭발로 인한 충격파가 밀도 높은 원시 구름의 중력을 무너뜨려 한 점으로 붕괴시킴으로써 원시 별들을 탄생시키는 과정을 그대로 보여주고 있다. 별의 주위를 감싸고 있는 가스와 먼지구름들은 별의 둘레를 돌다가 이윽고 행성이 되는데, 이번 새 연구는 초신성 폭발이 어떻게 이런 과정을 최초로 '촉발'하는가를 규명한 것이다. 그들의 연구 방향은 초신성 폭발 때 발생하는 짧은 반감기의 방사성 동위원소에 초점이 맞추어졌다. 동위원소란 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 원소를 일컫는다. 초신성 폭발로 인해 태양계가 생성될 때 특정 동위원소들이 만들어졌는데, 이들이 붕괴되기 이전에 행성들이 형성되는 지역으로 흩뿌려졌고, 오늘날에도 그 일부가 소행성 등에 남아 있는 것이다. 보스와 카이저의 이전 연구는 초신성 폭발의 충격파가 가스 구름에 보조개와 같은 구멍을 내어 짧은 반감기의 방사성 동위원소들을 주입시키는 과정을 규명한 것이었다. 우리 태양과 행성들은 이 가스 구름으로부터 결국 탄생했다. 이번 새 연구는 방사성 동위원소의 주입이 태양계에 회전력을 부여하는 계기가 되었음을 보여주고 있다. 초신성 폭발이 촉발한 각 운동량은 이윽고 가스 구름을 원반 형태로 만들었고, 원시 태양을 둘러싼 이 가스 원반에서 지구를 포함한 행성들이 탄생하기에 이르렀다. '원시 태양을 공전하는 가스 원반이 초신성의 충격파에서 비롯되었다는 것은 참으로 경탄스러운 사실이 아닐 수 없습니다. '고 보스는 자신의 소감을 피력했다. '이 스핀이 없었다면 분자 구름은 결국 태양으로 모두 흡수되고 말았을 겁니다.' 이들의 모델에 따르면, 초신성 충격파로 인한 방사성 동위원소들의 구름 속 침투가 없었다면 태양을 둘러싼 모든 물질들이 붕괴되어 태양 속으로 빨려들어가고, 결국 우리 지구 같은 행성들은 탄생하지 않았을 것이다. 이 새로운 연구는 결국 우리 지구를 포함해 태양계를 이루고 있는 모든 물질들은 수소를 제외하고는 모두 초신성 폭발에서 나온 것이며, 이들이 생명 탄생의 최종 무대를 만들어냈음이 밝힌 셈이다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

초신성(항성진화의 마지막 단계) 폭발이 빚어낸 엄청난 충격파가 태양계 탄생을 촉발했다는 연구논문이 카네기 연구소 과학자들에 의해 발표되어 관심을 끌고 있다. ​46억 년 전 가스와 분자들로 이루어진 몇 광년 크기의 원시 구름들이 떠돌던 한 우주공간 부근에서 초신성 폭발이 일어났고, 그 충격파로 원시구름의 중력 균형이 무너져 한 점으로 붕괴하기 시작함으로써 태양계 형성의 첫발을 내딛었다는 것이다. 이 초신성이 우주 공간으로 내뿜은 잔해들은 지금도 소행성 등에서 발견되고 있다. 이번 연구를 진행한 과학자들은 태양계 탄생을 촉발한 초신성 폭발이 태양계에 회전력을 부여했으며, 이로써 지구를 포함한 행성들이 형성되기에 이르렀다고 주장한다. 카네기 연구소의 과학자인 앨런 보스와 샌드라 카이저는 초신성 폭발이 어떻게 태양을 만들어냈는가 하는 주제를 오래 연구해왔다. 그들의 모델은 초신성 폭발로 인한 충격파가 밀도 높은 원시 구름의 중력을 무너뜨려 한 점으로 붕괴시킴으로써 원시 별들을 탄생시키는 과정을 그대로 보여주고 있다. 별의 주위를 감싸고 있는 가스와 먼지구름들은 별의 둘레를 돌다가 이윽고 행성이 되는데, 이번 새 연구는 초신성 폭발이 어떻게 이런 과정을 최초로 '촉발'하는가를 규명한 것이다. 그들의 연구 방향은 초신성 폭발 때 발생하는 짧은 반감기의 방사성 동위원소에 초점이 맞추어졌다. 동위원소란 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 원소를 일컫는다. 초신성 폭발로 인해 태양계가 생성될 때 특정 동위원소들이 만들어졌는데, 이들이 붕괴되기 이전에 행성들이 형성되는 지역으로 흩뿌려졌고, 오늘날에도 그 일부가 소행성 등에 남아 있는 것이다. 보스와 카이저의 이전 연구는 초신성 폭발의 충격파가 가스 구름에 보조개와 같은 구멍을 내어 짧은 반감기의 방사성 동위원소들을 주입시키는 과정을 규명한 것이었다. 우리 태양과 행성들은 이 가스 구름으로부터 결국 탄생했다. 이번 새 연구는 방사성 동위원소의 주입이 태양계에 회전력을 부여하는 계기가 되었음을 보여주고 있다. 초신성 폭발이 촉발한 각 운동량은 이윽고 가스 구름을 원반 형태로 만들었고, 원시 태양을 둘러싼 이 가스 원반에서 지구를 포함한 행성들이 탄생하기에 이르렀다. '원시 태양을 공전하는 가스 원반이 초신성의 충격파에서 비롯되었다는 것은 참으로 경탄스러운 사실이 아닐 수 없습니다. '고 보스는 자신의 소감을 피력했다. '이 스핀이 없었다면 분자 구름은 결국 태양으로 모두 흡수되고 말았을 겁니다.' 이들의 모델에 따르면, 초신성 충격파로 인한 방사성 동위원소들의 구름 속 침투가 없었다면 태양을 둘러싼 모든 물질들이 붕괴되어 태양 속으로 빨려들어가고, 결국 우리 지구 같은 행성들은 탄생하지 않았을 것이다. 이 새로운 연구는 결국 우리 지구를 포함해 태양계를 이루고 있는 모든 물질들은 수소를 제외하고는 모두 초신성 폭발에서 나온 것이며, 이들이 생명 탄생의 최종 무대를 만들어냈음이 밝힌 셈이다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

초신성(항성진화의 마지막 단계) 폭발이 빚어낸 엄청난 충격파가 태양계 탄생을 촉발했다는 연구논문이 카네기 연구소 과학자들에 의해 발표되어 관심을 끌고 있다. ​46억 년 전 가스와 분자들로 이루어진 몇 광년 크기의 원시 구름들이 떠돌던 한 우주공간 부근에서 초신성 폭발이 일어났고, 그 충격파로 원시구름의 중력 균형이 무너져 한 점으로 붕괴하기 시작함으로써 태양계 형성의 첫발을 내딛었다는 것이다. 이 초신성이 우주 공간으로 내뿜은 잔해들은 지금도 소행성 등에서 발견되고 있다. 이번 연구를 진행한 과학자들은 태양계 탄생을 촉발한 초신성 폭발이 태양계에 회전력을 부여했으며, 이로써 지구를 포함한 행성들이 형성되기에 이르렀다고 주장한다. 카네기 연구소의 과학자인 앨런 보스와 샌드라 카이저는 초신성 폭발이 어떻게 태양을 만들어냈는가 하는 주제를 오래 연구해왔다. 그들의 모델은 초신성 폭발로 인한 충격파가 밀도 높은 원시 구름의 중력을 무너뜨려 한 점으로 붕괴시킴으로써 원시 별들을 탄생시키는 과정을 그대로 보여주고 있다. 별의 주위를 감싸고 있는 가스와 먼지구름들은 별의 둘레를 돌다가 이윽고 행성이 되는데, 이번 새 연구는 초신성 폭발이 어떻게 이런 과정을 최초로 '촉발'하는가를 규명한 것이다. 그들의 연구 방향은 초신성 폭발 때 발생하는 짧은 반감기의 방사성 동위원소에 초점이 맞추어졌다. 동위원소란 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 원소를 일컫는다. 초신성 폭발로 인해 태양계가 생성될 때 특정 동위원소들이 만들어졌는데, 이들이 붕괴되기 이전에 행성들이 형성되는 지역으로 흩뿌려졌고, 오늘날에도 그 일부가 소행성 등에 남아 있는 것이다. 보스와 카이저의 이전 연구는 초신성 폭발의 충격파가 가스 구름에 보조개와 같은 구멍을 내어 짧은 반감기의 방사성 동위원소들을 주입시키는 과정을 규명한 것이었다. 우리 태양과 행성들은 이 가스 구름으로부터 결국 탄생했다. 이번 새 연구는 방사성 동위원소의 주입이 태양계에 회전력을 부여하는 계기가 되었음을 보여주고 있다. 초신성 폭발이 촉발한 각 운동량은 이윽고 가스 구름을 원반 형태로 만들었고, 원시 태양을 둘러싼 이 가스 원반에서 지구를 포함한 행성들이 탄생하기에 이르렀다. '원시 태양을 공전하는 가스 원반이 초신성의 충격파에서 비롯되었다는 것은 참으로 경탄스러운 사실이 아닐 수 없습니다. '고 보스는 자신의 소감을 피력했다. '이 스핀이 없었다면 분자 구름은 결국 태양으로 모두 흡수되고 말았을 겁니다.' 이들의 모델에 따르면, 초신성 충격파로 인한 방사성 동위원소들의 구름 속 침투가 없었다면 태양을 둘러싼 모든 물질들이 붕괴되어 태양 속으로 빨려들어가고, 결국 우리 지구 같은 행성들은 탄생하지 않았을 것이다. 이 새로운 연구는 결국 우리 지구를 포함해 태양계를 이루고 있는 모든 물질들은 수소를 제외하고는 모두 초신성 폭발에서 나온 것이며, 이들이 생명 탄생의 최종 무대를 만들어냈음이 밝힌 셈이다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

만약 우주에 지옥이 있다면 이같은 모습은 아닐까? 지난 21일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경으로 촬영한 별 'Hen 2-427'(혹은 WR 124)과 이를 둘러싼 성운 M1-67의 모습을 공개했다. 붉게 터져나오는 우주 가스 중심부에 X자로 찬란하게 빛나는 천체가 바로 별 Hen 2-427 이다. 이 별이 지옥같은 곳에서 자신의 존재를 알릴 수 잇는 것은 울프-레이에별(Wolf-Rayet)이기 때문이다. 울프-레이에별은 우리 태양 질량의 20배 이상 되는 극대거성으로 자체 ‘연료’를 빠르게 소모하는 탓에 결국 초신성 폭발을 일으키면서 찬란한 최후를 맞는다. 특히 놀라운 점은 마치 Hen 2-427 주위에 불을 붙인듯 타오르는 가스가 시속 15만 km 속도로 우주를 향해 뿜어져 나온다는 사실이다. 성운 M1-67은 지구로부터 약 1만 5000광년 떨어진 궁수자리 내에 위치해 있으며 나이는 채 1만 년도 알 될 정도로 어리다. 우주 나이로 보면 채 젖도 못 뗀 수준 인 셈. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

게의 등딱지처럼 생겨 ‘게성운’이라고 불리고 있는 M1 성운이 ‘오늘의 천문 사진’(APOD)으로 소개됐다. 16일 미국항공우주국(NASA)이 운영하는 웹사이트 APOD에 공개된 이 사진은 허블 우주망원경이 촬영한 데이터를 착색한 것이다. 허블 망원경은 NASA와 유럽우주국(ESA)이 공동으로 운영하고 있다. 황소자리 방향으로 지구로부터 약 6290광년 거리에 있으며 지름은 약 5광년인 게성운은 1731년 영국 아마추어 천문학자 존 베비스에 의해 처음 발견됐다. 이후 1758년 프랑스 천문학자 샤를 메시에가 게성운을 시작으로 성운과 성단을 109개로 정리한 ‘메시에 목록’을 만들었다. 메시에는 자신의 이름 첫 글자인 ‘M’과 이 목록의 첫 번째 순서라는 뜻으로 게성운에 ‘M1’이라는 명칭을 붙였다. 1884년에는 영국 천문학자 로스가 지름이 183cm인 반사 망원경을 사용해 M1이 게의 등딱지처럼 생겼다고 해서 게성운이라는 별명을 붙였다. 게성운은 별의 진화 마지막 단계인 초신성이 폭발해 만들어진 초신성 잔해이다. 성운 중심에는 지름 30km에 달하는 중성자별인 펄서가 존재하며 1초에 30.2회 자전하면서 전자기파를 방출한다. 천문학자들은 게성운이 언제 생성됐는지까지 기록을 통해 밝혀냈다. 팽창우주론의 창시자인 미국의 허블은 유럽대신 동양의 기록에서 초신성의 기록을 찾아냈고 게성운이 초신성 잔해라는 것을 1928년 발표했다. 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. 사진=NASA/ESA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

게의 등딱지처럼 생겨 ‘게성운’이라고 불리고 있는 M1 성운이 ‘오늘의 천문 사진’(APOD)으로 소개됐다. 16일 미국항공우주국(NASA)이 운영하는 웹사이트 APOD에 공개된 이 사진은 허블 우주망원경이 촬영한 데이터를 착색한 것이다. 허블 망원경은 NASA와 유럽우주국(ESA)이 공동으로 운영하고 있다. 황소자리 방향으로 지구로부터 약 6290광년 거리에 있으며 지름은 약 5광년인 게성운은 1731년 영국 아마추어 천문학자 존 베비스에 의해 처음 발견됐다. 이후 1758년 프랑스 천문학자 샤를 메시에가 게성운을 시작으로 성운과 성단을 109개로 정리한 ‘메시에 목록’을 만들었다. 메시에는 자신의 이름 첫 글자인 ‘M’과 이 목록의 첫 번째 순서라는 뜻으로 게성운에 ‘M1’이라는 명칭을 붙였다. 1884년에는 영국 천문학자 로스가 지름이 183cm인 반사 망원경을 사용해 M1이 게의 등딱지처럼 생겼다고 해서 게성운이라는 별명을 붙였다. 게성운은 별의 진화 마지막 단계인 초신성이 폭발해 만들어진 초신성 잔해이다. 성운 중심에는 지름 30km에 달하는 중성자별인 펄서가 존재하며 1초에 30.2회 자전하면서 전자기파를 방출한다. 천문학자들은 게성운이 언제 생성됐는지까지 기록을 통해 밝혀냈다. 팽창우주론의 창시자인 미국의 허블은 유럽대신 동양의 기록에서 초신성의 기록을 찾아냈고 게성운이 초신성 잔해라는 것을 1928년 발표했다. 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. 사진=NASA/ESA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국항공우주국(NASA)의 과학자들이 우주에서 비타민이 형성될 수 있는 원리를 발견했다. 이상한 이야기처럼 들릴 수도 있지만, 사실 과학자들은 운석 및 기타 우주 물질의 입수를 통해서 지구 이외의 장소에서도 다양한 유기물이 형성될 수 있다는 사실을 확인했다. 특히 탄소질 운석을 분석한 결과 여기서는 생명의 기초 물질은 물론 놀랍게도 비타민 B3가 발견된 바 있다. 농도는 30에서 600ppb(parts-per-billion, 십억 분의 일)로 매우 낮지만, 생명체의 존재 없이도 비타민이 형성될 수 있다는 것은 놀라운 발견이었다. NASA 산하 고다드 우주비행센터의 카렌 스미스 박사후연구원과 그녀의 동료들은 어떻게 이런 일이 가능한지를 검증하기 위해서 실험실에서 우주의 상황을 재현했다. 사실 우주에는 생명의 기초가 되는 탄소, 수소, 질소, 산소, 그리고 물과 여러 가지 미량 원소가 풍부하다. 지구 역시 우주에서 형성되었으니 이는 당연한 일이다. 하지만 극저온의 우주 공간에서 비타민을 비롯한 복잡한 유기물이 어떻게 형성될 수 있는지는 아직 미스터리이다. 스미스의 연구팀은 혜성이나 혹은 성간 공간에 있는 얼음의 환경을 실험실에서 재현한 후 다양한 원소들을 넣고 반응을 지켜봤다. 그 결과 물과 이산화탄소의 얼음 속에서 다양한 유기물이 형성될 수 있음이 증명됐다. 우리 태양계와 다른 별들은 가스와 먼지의 구름이 중력으로 인해 뭉쳐서 생성됐다고 생각되고 있다. 이 과정에서 별을 형성하는데 사용되지 않은 먼지와 가스는 서로 모여 행성, 혜성, 소행성이 된다. 이 가스와 먼지에는 탄소, 산소, 수소, 질소같이 생명을 형성하는 데 필요한 물질들이 풍부하다. 이번 연구에서는 극저온의 우주를 재현하기 위한 진공 상태의 영하 253도의 알루미늄판 위에서 물, 이산화탄소, 피리딘(pyridine) 같은 물질들이 반응해서 비타민 B3를 비롯한 더 복잡한 유기물을 생성할 수 있다는 것을 보여줬다. 우주에는 먼 초신성 등에서 나오는 고에너지 방사선들이 있어 더 복잡한 유기물을 생성할 수 있는 에너지를 제공할 수 있다. 과학자들은 극저온의 진공 상태인 우주 공간에서도 생각보다 복잡한 유기물이 생성될 수 있다는 것을 알아냈다. 하지만 그것이 과연 중요할까? 대답은 ‘그렇다’이다. 많은 과학자가 지구의 유기물을 공급한 것이 이런 과정을 거친 혜성이나 소행성이었을 것으로 생각하기 때문이다. 이는 지구 생명체 탄생에 결정적 재료를 공급했을 것이다. 그리고 어쩌면 저 멀리 있는 다른 외계 행성에도 생명체가 탄생하는데 충분한 유기물을 제공했을지 모른다. 과연 우주에서 얼마나 복잡한 유기물이 쉽게 형성될 수 있는지는 우주에 얼마나 생명현상이 흔할 것이냐는 질문과 연결돼 있다. 앞으로도 이 질문의 답을 찾기 위해서 연구가 계속될 것이다. 사진=NASA/고다드 우주비행센터 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

미국항공우주국(NASA)의 과학자들이 우주에서 비타민이 형성될 수 있는 원리를 발견했다. 이상한 이야기처럼 들릴 수도 있지만, 사실 과학자들은 운석 및 기타 우주 물질의 입수를 통해서 지구 이외의 장소에서도 다양한 유기물이 형성될 수 있다는 사실을 확인했다. 특히 탄소질 운석을 분석한 결과 여기서는 생명의 기초 물질은 물론 놀랍게도 비타민 B3가 발견된 바 있다. 농도는 30에서 600ppb(parts-per-billion, 십억 분의 일)로 매우 낮지만, 생명체의 존재 없이도 비타민이 형성될 수 있다는 것은 놀라운 발견이었다. NASA 산하 고다드 우주비행센터의 카렌 스미스 박사후연구원과 그녀의 동료들은 어떻게 이런 일이 가능한지를 검증하기 위해서 실험실에서 우주의 상황을 재현했다. 사실 우주에는 생명의 기초가 되는 탄소, 수소, 질소, 산소, 그리고 물과 여러 가지 미량 원소가 풍부하다. 지구 역시 우주에서 형성되었으니 이는 당연한 일이다. 하지만 극저온의 우주 공간에서 비타민을 비롯한 복잡한 유기물이 어떻게 형성될 수 있는지는 아직 미스터리이다. 스미스의 연구팀은 혜성이나 혹은 성간 공간에 있는 얼음의 환경을 실험실에서 재현한 후 다양한 원소들을 넣고 반응을 지켜봤다. 그 결과 물과 이산화탄소의 얼음 속에서 다양한 유기물이 형성될 수 있음이 증명됐다. 우리 태양계와 다른 별들은 가스와 먼지의 구름이 중력으로 인해 뭉쳐서 생성됐다고 생각되고 있다. 이 과정에서 별을 형성하는데 사용되지 않은 먼지와 가스는 서로 모여 행성, 혜성, 소행성이 된다. 이 가스와 먼지에는 탄소, 산소, 수소, 질소같이 생명을 형성하는 데 필요한 물질들이 풍부하다. 이번 연구에서는 극저온의 우주를 재현하기 위한 진공 상태의 영하 253도의 알루미늄판 위에서 물, 이산화탄소, 피리딘(pyridine) 같은 물질들이 반응해서 비타민 B3를 비롯한 더 복잡한 유기물을 생성할 수 있다는 것을 보여줬다. 우주에는 먼 초신성 등에서 나오는 고에너지 방사선들이 있어 더 복잡한 유기물을 생성할 수 있는 에너지를 제공할 수 있다. 과학자들은 극저온의 진공 상태인 우주 공간에서도 생각보다 복잡한 유기물이 생성될 수 있다는 것을 알아냈다. 하지만 그것이 과연 중요할까? 대답은 ‘그렇다’이다. 많은 과학자가 지구의 유기물을 공급한 것이 이런 과정을 거친 혜성이나 소행성이었을 것으로 생각하기 때문이다. 이는 지구 생명체 탄생에 결정적 재료를 공급했을 것이다. 그리고 어쩌면 저 멀리 있는 다른 외계 행성에도 생명체가 탄생하는데 충분한 유기물을 제공했을지 모른다. 과연 우주에서 얼마나 복잡한 유기물이 쉽게 형성될 수 있는지는 우주에 얼마나 생명현상이 흔할 것이냐는 질문과 연결돼 있다. 앞으로도 이 질문의 답을 찾기 위해서 연구가 계속될 것이다. 사진=NASA/고다드 우주비행센터 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

지구에서 730광년쯤 떨어진 쌍성계에서 짝별의 질량을 빨아들이는 초고밀도의 백색왜성이 발견됐다고 천문학자들이 17일(현지시간) 밝혔다. 지난해 8월 유럽우주국(ESA) 가이아 위성이 발견한 이 쌍성계는 ‘Gaia14aae’로 명명됐다. 당시 이 항성계는 단 하루 동안 지금보다 5배 이상 밝게 빛났기에 발견될 수 있었다. 연구에 참여한 영국 케임브리지대 연구팀은 이런 현상은 백색왜성이 다른 쪽보다 큰 수반별로 가스를 빨아들였기에 일어났던 것으로 추정하고 있다. 연구팀은 “고온에서 초고밀도의 백색왜성은 중력 효과도 매우 크므로 짝별이 거대한 풍선처럼 크게 부풀기를 계속해 별 사이 거리도 좁혀지고 있다”고 설명했다. 짝별의 부피는 태양의 약 125배이지만, 백색왜성의 것은 지구와 거의 같다. 이는 열기구와 구슬 정도의 차이지만, 질량 면에서는 짝별이 가벼워 백색왜성의 1% 정도밖에 되지 않는다. 앞으로 이 백색왜성이 짝별을 삼켜버릴지 아니면 초신성 폭발의 단계로 접어들지는 과학자들도 알 수 없다고 한다. 한편 이번 연구성과는 ‘영국왕립천문학회 월간보고’(MNRAS)에 게재될 예정이다. 사진=마리사 그로브/케임브리지 천문학연구소 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

빅뱅 직후 우주의 비밀을 간직한 '태초의 별'이 발견됐다. 지난 17일(현지시간) 유럽남방천문대(ESO)는 칠레 VLT(Very Large Telescope) 망원경으로 이론으로만 존재하던 초기 우주의 모습을 담은 은하를 발견했다고 발표했다.약 137억 년 전 빅뱅이 일어난 후 8억 년이 지나 생성된 것으로 추정되는 이 은하의 이름은 'CR7'로 유별나게 밝은 것이 특징이다. 그간 천문학자들은 빅뱅 직후 생성된 태초의 물질로 만들어진 별이 존재했을 것이라는 가설을 세워왔다. 이를 '종족 III'(Population III)라 부르는데 질소와 헬륨, 리튬으로만 만들어졌으며 이들 중 거대한 질량을 가진 별들은 초신성으로 폭발해 그 뒤를 잇는 종족 I (우리 태양이 여기에 속함), 종족 II 별들에 '재료'를 제공했다. 곧 종족 III는 우주에서 최초로 탄생한 제 1 세대 별로 정의됐지만 문제는 실제 존재한다는 관측 결과가 한번도 나오지 않은 것이다. 이는 종족 III가 200만 년 정도의 굵고 짧은 삶을 살다갔기 때문으로 이번에 ESO측이 이를 처음으로 입증했다. 연구를 이끈 데이비드 소브랄 박사는 "심우주를 관측하던 중 마치 야광처럼 빛나는 멀고 먼 은하를 우연히 발견했다" 면서 "이 은하는 빅뱅 이후 초기 우주 형성의 다리 역할을 한 것"이라고 설명했다. 이어 "이번 발견은 빅뱅 이후 태초의 우주가 어떻게 형성됐는지 그 단서를 제공해줄 수 있다" 고 덧붙였다. 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 발표됐다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

빅뱅 직후 우주의 비밀을 간직한 '태초의 별'이 발견됐다. 지난 17일(현지시간) 유럽남방천문대(ESO)는 칠레 VLT(Very Large Telescope) 망원경으로 이론으로만 존재하던 초기 우주의 모습을 담은 은하를 발견했다고 발표했다.약 137억 년 전 빅뱅이 일어난 후 8억 년이 지나 생성된 것으로 추정되는 이 은하의 이름은 'CR7'로 유별나게 밝은 것이 특징이다. 그간 천문학자들은 빅뱅 직후 생성된 태초의 물질로 만들어진 별이 존재했을 것이라는 가설을 세워왔다. 이를 '종족 III'(Population III)라 부르는데 질소와 헬륨, 리튬으로만 만들어졌으며 이들 중 거대한 질량을 가진 별들은 초신성으로 폭발해 그 뒤를 잇는 종족 I (우리 태양이 여기에 속함), 종족 II 별들에 '재료'를 제공했다. 곧 종족 III는 우주에서 최초로 탄생한 제 1 세대 별로 정의됐지만 문제는 실제 존재한다는 관측 결과가 한번도 나오지 않은 것이다. 이는 종족 III가 200만 년 정도의 굵고 짧은 삶을 살다갔기 때문으로 이번에 ESO측이 이를 처음으로 입증했다. 연구를 이끈 데이비드 소브랄 박사는 "심우주를 관측하던 중 마치 야광처럼 빛나는 멀고 먼 은하를 우연히 발견했다" 면서 "이 은하는 빅뱅 이후 초기 우주 형성의 다리 역할을 한 것"이라고 설명했다. 이어 "이번 발견은 빅뱅 이후 태초의 우주가 어떻게 형성됐는지 그 단서를 제공해줄 수 있다" 고 덧붙였다. 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 발표됐다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

다른 어떤 은하나 별보다 먼 ‘은하간 공간’의 어두운 텅 빈 공간에서 떠돌고 있는 세 초신성이 폭발하는 모습이 포착됐다. 서로 다른 위치에서 단독 생활을 하던 세 별은 초신성 폭발을 일으켰다. 주위 행성은 폭발로 사라지기 전 별이 거의 없는 하늘을 갖고 있었을 것이다. 또 수천 별이 좁은 공간에 밀집한 구상 성단으로 추정되는 곳에서 초신성이 처음으로 발견됐다. UC버클리 천문학자들은 이런 광경을 허블 우주망원경을 사용해 발견했다. 공개된 사진은 각각 지구로부터 약 10억 광년 떨어진 세 별이 Ia형 초신성으로 폭발하는 과정을 보여줬다. Ia형 초신성은 작은 백색왜성이 너무 많은 물질을 취해 결국 자신의 질량 때문에 폭발할 때 발생한다. 대부분 초신성은 100년에 1개 꼴로 발생하는 별이 수천억 개가 모인 은하 속에서 발견된다. 하지만 이번에 발견된 초신성은 은하간 공간에 홀로 있는 상태에서 폭발한 매우 보기 드문 광경이다. 이런 초신성에 관한 연구는 과학자들에게 얼마나 많은 별이 은하에 속하지 않고 우주를 떠도는지 추정하는데 도움이 될 수 있다. 이 세 별의 가장 가까운 이웃별은 우리 태양에서 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리까지의 거리인 4.24광년보다 70배 이상 먼 100광년 정도 떨어져 있다고 한다. 연구를 이끈 멜리사 그레이엄 박사는 “이런 별 주위에 있던 행성은 별이 거의 없는 밤하늘을 갖고 있었을 것”이라고 말했다. 이런 밀도는 우리가 지구에서 볼 수 있는 별의 약 100만 분의 1이다. 그레이엄 박사는 “가장 가깝고 가장 밝은 은하단 은하에서 가끔 희미하게 퍼지는 가스로 채워지므로 실제로는 상당히 어두운 밤하늘이었을 것”이라고 말했다. 또 지구로부터 10억 광년 거리에 있는 또 다른 초신성은 작은 은하나 구상 성단일 수 있는 빨갛고 둥근 영역 안에 있는 것으로 나타났다. 이 경우는 100만 개 미만 별이 밀집한 작은 구상 성단 안에서 처음 발견되는 초신성이 될 것이라고 한다. 대부분 별과 초신성은 은하 내부에 있지만, 거대한 성단의 일부인 은하는 가진 별의 15%가 거대한 중력의 작용으로 움직일 수 있다. 이때 고립된 별은 성단과의 중력 결합을 유지하고 따라서 은하간 공간을 떠돌며 나머지 삶을 보낼 운명인 것이다. 한번 고립된 이런 별은 초신성으로 폭발하지 않는 한 너무 희미해 잘 보이지 않는다. 따라서 연구팀은 이런 보이지 않는 별의 수를 결정하기 위해 홀로 생활하는 초신성을 찾고 있다. 이런 정보는 우주에서 대규모로 나타나는 이런 현상이 어떻게 일어나는지 단서를 제공할 수 있다. 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘천체물리학 저널’(Astrophysical Journal)에 실릴 예정이다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

천문학자들이 미국항공우주국(NASA)의 허블 우주망원경을 사용해 빠르게 늙어가는 거대 별에 관한 새롭고 놀라운 단서를 발견해냈다. 이는 우리 은하에서는 발견된 적이 없다. 천문학자들은 이 별이 너무 이상하다고 여겨 공식 명칭인 ‘NaSt1’을 빗대 ‘네스티원’(Nasty 1, 첫번째 못된 것의 의미)이라는 별칭으로 부르고 있다. 네스티원은 초거대 별들의 진화에서도 극히 짧은 진화 단계를 갖는 대표 별로 여겨진다. 수십 년 전, 처음 발견된 네스티원은 우리 태양보다 훨씬 무거운 질량을 갖고 있으면서 빠르게 진화하는 볼프레이에(Wolf-Rayet, WR) 별로 식별됐다. WR 별은 수소로 가득 채워져 있는 외각 껍질층을 빠르게 잃고 헬륨이 타오르고 있는 극도로 밝은 초고온의 핵을 드러낸다. 반면 네스티원은 이런 전형적인 WR 별과는 다른 모습을 보여줬다고 천문학자들은 말한다. ■ 거대한 가스 원반 과학자들은 허블 망원경을 이용해 별의 반대 방향으로 흘러들어가는 두 개의 가스 구체를 볼 수 있을 것으로 기대했었다. 그 모습은 아마 WR 별의 후보인 용골자리 에타별(에타 카리네, Eta Carinae)에서 뿜어져 나오는 가스와 유사할 것으로 예측됐다. 하지만 허블에 나타난 네스티원은 팬케이크 모양의 가스 원반을 둘러싸고 있었다. 가스 원반의 너비는 약 3조2000억km에 달하며, 아마 새로 생성된 WR 별의 외곽 가스를 집어삼키고 있는 눈에 보이지 않는 동반성 때문에 형성된 것으로 예측된다. 현재 측정치에 의하면 이 두 별을 둘러싸고 있는 구름의 나이는 고작 수천 년 정도 수준으로, 지구로부터의 거리는 3000광년 밖에 되지 않는다. 연구를 이끈 존 마우어핸(UC버클리)은 “이 원반 구조가 쌍성 간의 상호작용으로 WR 별이 생성되고 있는 증거일 수 있으므로 이를 봤을 때는 정말 놀랐다”면서 “이런 예는 이 과정 자체가 너무 짧은 기간에 일어나 우리 은하에서 정말 보기 어렵다”고 말했다. 이어 “아마 그 시간은 10만 년 정도 수준에 지나지 않을 것인데 이런 시간 규모에서도 원반을 발견할 시기는 고작 1만 년 정도에 지나지 않을 것”이라고 덧붙였다. 연구팀이 제안한 시나리오에서 거대 별은 빠르게 진화하고 수소 연료가 떨어지기 시작할 때 몸집이 부풀어 오른다. 외층을 둘러싸고 있는 수소 껍질은 점점 더 느슨하게 풀리고 근처에 있는 동반성의 중력에도 쉽게 벗겨져 나갈 수 있는 상태가 된다. 그 과정에서 더 밀도높게 뭉쳐있는 동반성이 질량을 얻게 되고, 원래 무거운 질량을 가지고 있었던 주성은 수소 껍질을 잃게 되면서 헬륨 핵이 노출돼 WR 별이 되고 만다는 것이다. 또 다른 시나리오는 무거운 별이 자신의 수소층을 대전입자가 가득한 강력한 항성풍과 함께 분출해 형성된다는 것이다. 동반성이 존재하는 쌍성 간의 상호작용에 의한 모델이 천문학자들에게 좀더 매력을 끄는 데 이는 거대 별들의 최소 70%가 동반성을 거느린 쌍성계이기 때문이다. 하나의 별이 직접 질량을 잃는다는 가정은 우리 은하에서 아직 덜 진화한 거대 별들에 관련한 WR 별들의 숫자를 설명하지 못한다. 연구에 참여한 나단 스미스(애리조나대)는 “우리는 전통적인 항성풍 이론으로는 우리가 관측한 모든 WR 별의 형성을 설명하기가 어렵다는 것을 알아냈다”며 “왜냐하면 질량 손실은 우리가 생각했던것처럼 그다지 강력한 작용이 아니기 때문”이라고 설명했다. 이어 “쌍성계에서 질량의 교환은 WR 별이나 이들이 만들어내는 초신성을 설명하는데 있어 필수적인 것처럼 보인다”며 “짧은 생애 주기를 지닌 쌍성들을 발견하는 것은 이런 과정을 이해하는데 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다. 하지만 이 거대한 쌍성계에서의 질량이 이동하는 과정이 항상 효율적인 것은 아니다. ■ 쌍성 간의 중력 싸움 한 별로부터 벗겨져나간 일부 물질은 별 간에 일어나는 역동적인 중력 싸움 도중 유실될 수 있으며 이 때문에 주위에는 가스 원반이 형성될 수 있다. 마우어핸은 “바로 그것이 바로 네스티원에서 발생하고 있는 사건이라고 생각한다”며 “WR 별이 숨겨져 있는 성운은 이런 물질 전달 과정으로 생성된 것”이라고 말했다. 이어 “바로 이런 별들 사이에 만연한 ‘항성 포식’(stellar cannibalism)이 그 이름에 걸맞는 네스티원을 만든 것”이라고 덧붙였다. 네스티원의 공식 명칭인 NaSt1은 1963년 이 별을 각각 처음으로 발견해 논문을 제출한 두 명의 천문학자인 제이슨 나소우(Jason Nassau)와 찰스 스페픈슨(Stephenson)의 머릿글자를 따서 만들어졌다. ■ 연구 과정 네스티원의 관측은 쉽지 않은 일이었다. 이 쌍성계는 너무나 두꺼운 가스와 먼지속에 갇혀있으며 이 먼지와 가스들은 허블 망원경의 시야도 가리고 있다. 연구팀은 각 별의 질량과 서로 떨어져 있는 거리, 그리고 동반성으로 흘러들어간 물질의 양 따위를 측정할 수 없었다. 따라서 네스티원에 관한 이전 관측자료가 가스 원반에 관한 정보를 제공했다. 예를 들어 가스 원반의 물질은 외부 성운에서 시속 3만 5,200km의 속도로 움직이고 있는데 이는 다른 비슷한 별들보다 느린 속도이다. 이처럼 상대적으로 느린 속도는 시속 수십만 km의 속도로 움직이는 가스가 존재하는 용골자리 예타별의 폭발적인 분출보다는 훨씬 덜 파괴적인 사건에 의해 물질들이 분출되고 있음을 알려주는 것이다. 또한 네스티원은 물질을 산발적으로 분출할 수도 있다. 적외선을 이용한 이전 연구는 중심에 있는 별들에서 매우 가깝게 붙어있는 뜨거운 먼지덩어리를 관측한 바 있다. 연구팀이 칠레 라스캄파나스 천문대(LCO)의 마젤란 망원경을 이용한 최근 관측은 중심 별들로부터 발생한 빛들이 간접적으로 산란되면서 식별된 것으로 보이는, 이전 연구보다 비교적 차가우면서 거대한 먼지 덩어리를 발견했다. 이런 따뜻한 먼지가 존재한다는 것은 이들이 아마도 분출과정을 통해 최근에 두 개 별 폭풍으로부터 쏟아져나온 화확적으로 풍부한 조성을 가진 물질이 서로 다른 방향으로 충돌하고 뒤섞이며 밀쳐 나가면서 식는 과정을 통해 형성됐을 것이라는 것을 암시한다. 항성풍의 강도나 동반성이 주성의 수소 껍질을 빼앗아오는 비율의 산발적인 변화는 가스 원반의 최외곽부에서 관측되는 덩어리 구조나 간극을 설명해줄 수 있을른지도 모른다. 각 별에서 초음속의 항성풍을 측정하기 위해 천문학자들은 찬드라 X선망원경도 사용했다. ■ 결과... 그리고 예측 그 결과, 구름에서 맹렬하게 이글거리는 플라즈마가 관측됐는데 이는 두 별로부터 쏟아져나오는 폭풍이 충돌하면서 X선에서 빛을 내는 고에너지 충격파를 양산해내고 있음을 의미하는 것이다. 이런 결과는 천문학자들이 다른 WR 별들로부터 발견하는 현상과 일치하는 것이었다. 혼란스러운 물질 전달 과정이 WR 별이 모든 물질을 소진할 때까지 계속될 것이다. 결국, 가스 원반 상의 먼지는 모두 뿔뿔이 사라져버릴 것이고 쌍성계만을 선명하게 볼 수 있게 될 것이다. 마우어핸은 “이 별이 어떤 진화의 과정을 겪게 될지는 불확실하지만, 그 과정이 지루하지 않을 것이라는 것은 확실하다”면서 “네스티원은 또 하나의 용골자리 에타별과 같은 별로서 진화해 갈 수 있을 것”이라고 말했다. 또 “이런 변화의 여정에서 질량을 획득한 동반성은 거대한 폭발을 경험할 수 있을 것”이라면서 “왜냐하면 새로 형성된 WR 별로부터 획득한 물질과 연관된 몇몇 불안정성이 있기 때문”이라고 말했다. 이어 “아니면 WR 별 자체가 초신성으로 폭발할 수도 있다”면서 “항성 간 충돌은 이 별들의 공전궤도에 관한 변화 양상을 봤을 때 또 하나의 가능성 있는 결과다”고 덧붙였다. 한편 이번 연구성과는 ‘영국왕립천문학회월간보고’(MNRAS) 최근호(5월 21일자) 개재됐다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

래퍼 낯선이 직접 프로듀싱한 ‘캔도’가 21일 첫 디지털 싱글을 발표하여 주목을 끌고 있다. 타이틀곡 ‘All about you’은 캔도의 부드러운 목소리와 낯선의 굵직한 랩이 어우러진 감성 R&B 발라드 댄스곡으로 본격적인 음악활동을 시작할 예정이다. 10년 동안의 연습기간을 마친 그는 디셈버의 ‘Shes gone’의 퍼포먼스 팀으로도 활약한 바 있다. 꿈을 위해 앞만 보고 달려온 그의 지난 과거를 살펴보면 낯선과의 인연을 계기로 연습생 최도영에서 가수 캔도로 데뷔하기까지 많은 우여곡절이 있었다. 캔도는 “가수 초신성의 성재가 친구다. 제가 고생하고 다니니까 성재가 낯선 형을 소개시켜 줬는데 두 번째 만남에서 음악이 하고 싶다고 도와달라고 부탁했다”며 “제가 보여준 열정과 진솔함이 낯선 형한테 전해졌는지 우선 디지털 싱글만 진행하기로 했다. 그런데 지금 보니 뮤직비디오도 찍었고 일이 커졌다. 불과 7~8개월만에 척척 진행됐다”고 말했다. 캔도의 첫 신곡 All about you는 낯선이 작곡한 곡으로 캔도만의 순수한 보이스가 돋보이는 발라드 댄스곡이며 중독적인 가사와 멜로디로 한 여자만을 바라보는 남자의 이야기를 담고 있다. 한편 캔도는 앞으로 오랜 시간 동안 꿈을 위해 달려온 만큼 무너지지 않고 최선을 다하겠다며 당찬 포부를 밝혔다. 앞으로 멋진 활동이 기대된다. 나우뉴스부 nownews@seoul.co.kr

-천문학자들의 줄자 '우주 거리 사다리' (3) '천문학 역사상 가장 중요한 한 문장' 연주시차가 0.01초이면 326광년이고, 0.1초면 32.6광년, 1초면 3.26광년이 된다. 이처럼 광년의 단위도 별까지 거리가 멀어지면 숫자가 매우 커지므로 연주시차가 1초일 때 1파섹(pc)으로 정했다. 시차(parallax)와 초(second)의 두 낱말의 머릿글자를 따서 만든 말이다. 별의 절대등급은 10pc, 곧 32.6광년의 거리에 위치한다고 가정하여 정한 별의 밝기이다. 그러나 이 연주시차로 천체의 거리를 구하는 것은 한계가 있다. 대부분 별은 매우 멀리 있어 연주시차가 아주 작기 때문이다. 지구 대기의 산란 효과 등으로 인한 오차 때문에 미세한 연주시차는 계산할 수 없으므로, 100pc 이상 멀리 떨어진 별에 적용하기는 어렵다. 따라서 더 먼 별에는 다른 방법을 쓰지 않으면 안 된다. 그렇다면 대체 어떤 방법을 쓸 수 있을까? 사실 시차만 하더라도 일종의 '상식'을 관측으로 찾아낸 것이라 할 수 있다. 그러나 더 먼 우주의 거리를 재는 잣대는 이런 상식에서 나온 것이 아니라 우주 속에서 발견한 것이었다. 그리고 그 발견에는 당시 천문학계의 기층민이었던 '여성 컴퓨터'의 땀과 희생이 서려 있었다. 이 놀라운 우주의 잣대를 발견한 주역은 한 청각장애인 여성 천문학자였다. 그러나 청력과 그녀의 지능은 아무런 관련도 없었다. 1868년 미국 매사추세츠 주 랭커스터에서 태어난 헨리에타 스완 리빗은 1892년 대학을 졸업한 후 하버드 대학 천문대에서 일하게 되었다. 업무는 주로 천체를 찍은 사진 건판을 비교·분석하고 검토하는 일이었다. 시간당 0.3불이라는 저임으로, 이런 직종을 당시 '컴퓨터'라고 불렀다. 그러나 단조롭기 한량없는 그 작업이 그녀의 영혼을 구원해주었을지도 모른다. 페루의 하버드 천문대 부속 관측소에서 찍은 사진 자료를 분석하여 변광성을 찾는 작업을 하던 리빗은 소마젤란은하에서 100개가 넘는 세페이드 형 변광성을 발견했다. 이 별들은 적색거성으로 발전하고 있는 늙은 별로서, 주기적으로 광도의 변화를 보이는 특성이 있다. 이 별들이 지구에서 볼 때 거의 같은 거리에 있다는 점에 주목한 그녀는 변광성들을 정리하던 중 놀라운 사실 하나를 발견했다. 한 쌍의 변광성에서 변광성의 주기와 겉보기 등급 사이에 상관관계가 있다는 점을 감지한 것이다. 곧, 별이 밝을수록 주기가 길어진다는 점이다. 리빗은 이 사실을 공책에다 "변광성 중 밝은 별이 더 긴 주기를 가진다는 사실에 주목할 필요가 있다"고 짤막하게 기록해 두었다. 이 한 문장은 후에 천문학 역사상 가장 중요한 문장으로 꼽히게 되었다. ​리빗은 수백 개에 이르는 세페이드 변광성의 광도를 측정했고 여기서 독특한 주기-광도 관계를 발견했다. 3일 주기를 갖는 세페이드의 광도는 태양의 800배이다. 30일 주기를 갖는 세페이드의 광도는 태양의 1만 배이다. 1908년, 리빗은 세페이드 변광성의 ‘주기-광도 관계’ 연구 결과를 <하버드 대학교 천문대 천문학연감>에 발표했다. 리빗은 지구에서부터 마젤란 성운 속의 세페이드 변광성들 각각까지의 거리가 모두 대략적으로 같다고 보고, 변광성의 고유 밝기는 그 겉보기 밝기와 마젤란 성운까지의 거리에서 유도될 수 있으며, 변광성들의 주기는 실제 빛의 방출과 명백한 관계가 있다는 결론을 이끌어냈다. 리빗이 발견한 이러한 관계가 보편적으로 성립한다면, 같은 주기를 가진 다른 영역의 세페이드 변광성에 대해서도 적용이 가능하며, 이로써 그 변광성의 절대등급을 알 수 있게 된다. 이는 곧 그 별까지의 거리를 알 수 있게 된다는 뜻이다. 이것은 우주의 크기를 잴 수 있는 잣대를 확보한 것으로, 한 과학 저술가가 말했듯이 '천문학을 송두리째 바꿔버릴 대발견'이었다. 리빗이 발견한 세페이드형 변광성의 주기-광도 관계는 천문학사상 최초의 '표준 촛불'이 되었으며, 이로써 인류는 연주시차가 닿지 못하는 심우주 은하들까지의 거리를 알 수 있게 되었다. 또한 천문학자들은 표준 촛불이라는 우주의 자를 갖게 됨으로써, 시차를 재던 각도기는 더 이상 필요치 않게 되었다. 리빗이 밝힌 표준 촛불은 그녀가 암으로 세상을 떠난 2년 뒤에 위력을 발휘했다. 1923년 윌슨산 천문대의 에드윈 허블(1889~1953)이 표준 촛불을 이용해, 그때까지 우리은하 내부에 있는 것으로 알려졌던 안드로메다 성운이 외부 은하임을 밝혀냈던 것이다. 이로써 우리은하는 우주의 중심에서 끌어내려지고, 우리은하가 우주의 전부인 줄 알고 있었던 인류는 은하 뒤에 또 무수한 은하들이 줄지어 있는 대우주에 직면하게 되었다. ​밤하늘에서 빛나는 모든 것들이 우리 은하 안에 속해 있다고 믿고 있던 인류에게 이 발견은 청천벽력과도 같은 것이었다. 갑자기 우리 태양계는 작은 웅덩이로 축소되어버리고, 지구상에 살아 있는 모든 것들에게 빛을 주는 태양은 우주라는 드넓은 바닷가의 모래 한 알갱이에 지나지 않은 것이 되었다. 허블은 표준 촛불을 발견한 리빗에 대해 그의 저서에서 “헨리에타 리빗이 우주의 크기를 결정할 수 있는 열쇠를 만들어냈다면, 나는 그 열쇠를 자물쇠에 쑤셔넣고 뒤이어 그 열쇠가 돌아가게끔 하는 관측사실을 제공했다”라며 그녀의 업적을 기렸다. 이처럼 허블 본인은 리비트의 업적을 인정하며 리빗은 노벨상을 받을 자격이 있다고 자주 말하곤 했다. 그러나 스웨덴 한림원이 노벨상을 주려고 그녀를 찾았을 때는 이미 세상을 떠난지 3년이 지난 후였다. 하지만 불우한 여성 천문학자 헨리에타 레빗의 이름은 천문학사에서 찬연히 빛나고 있을 뿐만 아니라, 소행성 5383 리빗과 월면 크레이터 리빗으로 저 우주 속에서도 빛나고 있다. 우주 팽창을 가르쳐준 '적색편이' 우주 거리 사다리에서 변광성 다음의 단은 적색편이다. 이것은 별빛 스펙트럼을 분석해서 그 별 까지의 거리를 알아내는 방법으로, 이른바 도플러 효과라는 원리를 바탕으로 하고 있다. 도플러 효과를 설명할 때 주로 소방차 사일렌 소리가 예로 제시된다. 소방차가 관측자에게 다가올 때 소리가 높아지다가, 멀어져가면 급속이 소리가 낮아진다는 것을 알 수 있다. 이것은 파원이 관측자에게 다가올 때 파장의 진폭이 압축되어 짧아지다가, 반대로 멀어질 때는 파장이 늘어남으로써 나타나는 현상이다. 이것을 바로 도플러 효과로, 1842년에 이 원리를 처음으로 발견한 오스트리아의 과학자 크리스티안 도플러의 이름을 딴 것이다. 도플러 효과는 모든 파동에 적용되는 원리이다. 빛도 파동의 일종인만큼 도플러 효과를 탐지할 수 있다. 도플러가 제시한 이 원리를 이용한 장비가 실생활에서도 여러 방면에 쓰이고 있는데, 만약 당신에게 어느 날 느닷없이 속력 위반 딱지가 날아왔다면, 그것은 바로 도플러 원리를 장착한 스피드건이 찍어서 보낸 것이다. 현재 천문학에서 천체들의 속도를 측정하는 데 이 도플러 효과가 널리 사용되고 있다. 우주 팽창으로 인해 후퇴하는 천체가 내는 빛의 파장이 늘어나게 되는데, 일반적으로 가시광선 영역에서 파장이 길수록 (진동수가 작을수록) 붉게 보인다. 따라서 후퇴하는 천체가 내는 빛의 스펙트럼이 붉은색 쪽으로 치우치게 되는데, 이를 적색편이라고 한다. 이 적색편이의 값을 알면 천체의 후퇴 속도를 측정할 수 있다. 적색편이가 천문학에 거대한 변혁을 몰고온 것은 미국의 천문학자 베스토 슬라이퍼에서 시작되었다. 그는 1912년 당시 '나선성운'이라고 불리던 은하들이 상당히 큰 적색편이 값을 보인다는 것을 발견했다. 슬라이퍼는 이 논문에서 온 하늘에 고루 분포하는 나선은하들의 속도를 측정했는데, 그중 3개를 제외하고는 모든 은하가 우리은하로부터 초속 수백, 수천km의 속도로 멀어지고 있는 것을 발견했다. 그 뒤를 이어 1924년 초 에드윈 허블은 은하들의 적색편이(속도)와 은하들까지의 거리가 비례한다는 허블의 법칙을 발견했다. 1929년에는 더욱 놀라운 사실이 밝혀졌다. 에드윈 허블이 우주가 팽창하고 있다는 관측결과를 발표했던 것이다. 이는 인류의 우주관에 혁명을 일어킨 대사건이었다. 따지고 보면, 이 같은 우주 팽창이라든가 빅뱅 이론 같은 것도 리빗의 표준 촛불이 있음으로써 가능했던 것이었다. 리빗이 변광성의 밝기와 주기 사이의 관계를 알아냄으로써 빅뱅의 첫단추를 꿰었다고 할 수 있다. 이러한 발견들은 우주가 정적이지 않고 팽창하고 있다는 가설을 관측으로 뒷받침하는 것으로, 우주의 팽창과 빅뱅 이론의 문을 활짝 열어젖힌 가장 중요한 근거로 받아들여지고 있다. 우주 거리 사다리의 마지막 단은 '초신성' 우주에서 가장 먼 거리를 재는 우주 줄자는 초신성이다. 초신성이란 진화의 마지막 단계에 이른 별이 폭발하면서 그 밝기가 평소의 수억 배에 이르렀다가 서서히 낮아지는 별을 가리키는데, 마치 새로운 별이 생겼다가 사라지는 것처럼 보이기 때문에 이런 이름이 붙었다. 하지만 사실은 늙은 별의 임종인 셈이다. 우리나라에서는 잠시 머물렀다 사라진다는 의미로 객성(客星, 손님별)이라고 불렀다. 그러면 어떤 별이 초신성이 되는가? 몇 가지 유형이 있는데, 먼저 태양 질량의 9배 이상인 무거운 별이 마지막 순간에 중력 붕괴를 일으켜 폭발하는 것이 있다. 다음으로는, 쌍을 이루는 백색왜성에서 물질을 끌어와 그 한계질량이 태양 질량의 1.4배를 넘는 순간 폭발하는 유형이 있는데, 이것이 바로 거리 측정에 사용되는 1a형 초신성이다. 이는 같은 한계질량에서 폭발하여 같은 밝기를 보이므로, 그 광도를 측정하면 그 별까지의 거리를 알아낼 수가 있기 때문이다. 따라서 1a형 초신성은 자신이 속해 있는 은하까지의 거리를 측정할 수 있게 해주는 중요한 지표가 된다. 또한 초신성이 폭발할 때의 광도는 1000억 개의 별이 내는 광도와 맞먹을 정도이므로 우주 어느 곳에서 터지더라도 관측할 수 있다. 1929년 허블이 적색편이를 이용해 우주의 팽창을 처음으로 알아낸 이후, 우주의 팽창속도가 어떻게 변화하고 있는지가 중요한 관심사가 된 가운데, 1a형 초신성은 먼 은하까지의 거리를 측정하고 우주의 팽창속도를 알아낼 수 있는 최적의 도구가 되었다. 1990년대에 들어 과학자들은 멀리 있는 1a형 초신성 수십 개의 거리와 후퇴속도를 분석한 결과, 초신성들이 우주가 일정한 속도로 팽창하는 경우에 비해 밝기가 더 어둡다는 사실이 밝혀졌다. 이것은 이 초신성들이 예상보다 멀리 있다는 것을 말하며, 그것은 곧 우주의 팽창속도가 점점 빨라지고 있음을 뜻한다. 말하자면 우주는 가속팽창되고 있다는 것이다. 이 획기적인 사실을 발견한 두 팀의 천문학자들은 뒤에 노벨 물리학상을 받았다. 이전까지는 우주에 있는 물질들의 인력 때문에 우주의 팽창속도가 일정하게 유지되거나 줄어들 것으로 생각되었다. 그런데 실제 관측 결과는 이와 정반대로 나타난 셈인데, 우주의 이같은 가속팽창에는 분명 어떤 힘이 계속 작용하고 있음을 뜻한다. 지금으로써는 이 힘의 정체가 무엇인지 알 길이 없지만, 과학자들은 이 정체불명의 힘에 ‘암흑 에너지’라는 이름을 붙였다. 이 암흑 에너지는 우주가 팽창하면 팽창할수록 점점 더 커진다. 그러므로 우리 우주는 앞으로 영원히 가속 팽창할 운명이다. 이런 놀라운 우주의 비밀을 밝혀준 것이 바로 우주의 가장 긴 줄자인 초신성이다. 우주의 가속팽창 그 끝에는 무엇이 기다리고 있을지는 신만이 알 것이다. 표준 촛불 1a형 초신성 폭발 동영상( https://youtu.be/C24PicfBXIo ) 이광식 통신원 joand999@naver.com

-천문학자들의 줄자 ‘우주 거리 사다리’ 　100억 광년 밖의 은하를 관측했다느니, 1000만 광년 거리의 은하에서 초신성이 터졌다느니 하는 기사를 자주 보게 된다. 1광년이라면 1초에 30만km, 지구를 7바퀴 반이나 돈다는 빛이 1년을 내달리는 거리다. 이것만 해도 우리의 상상력으로는 잘 가늠이 안되는 거리인데, 천문학자들은 10억 광년이니 100억 광년이니 하는 그 엄청난 거리를 도대체 어떻게 재는 걸까? 물론 하루아침에 우주 측량술이 등장한 것은 아니다. 수많은 천재들의 열정으로 갖가지 다양한 기법들이 차례로 개발되면서 이 엄청난 우주의 크기를 가늠할 수 있는 우주 측량술이 정립되었다. 태양이나 달까지의 거리를 측정하려는 시도는 고대 그리스 시대부터 행해져 왔지만, 하늘의 단위와 지상의 단위를 결부시키는 것은 쉬운 일이 아니었다. 천문학자들은 먼저 지구의 크기와 달과 태양까지의 거리를 구한 다음, 그것들을 기초로 삼아 가까운 별에서 더 먼 천체까지 차례로 거리를 측정하는 과정을 밟아왔다. 이런 식으로 단계별로 척도를 늘려나가는 측량 방식을 '우주 거리 사다리'(cosmic distant ladder)라 한다. 측량은 인류의 역사만큼이나 오랜 것이다. 사람은 늘 측량한다. 인류가 지상에 나타난 그 순간부터 측량은 시작되었다. 측량이 생존과 직결된 문제이기 때문이다. 그런데 이 측량에도 ‘천문’은 깊이 개입되어 있다. 달이 차고 기우는 것을 기준으로 삼은 한 달의 날수가 바로 천문학적인 것이다. 또 미국과 미얀마 등 몇 나라만 빼고 전 세계가 쓰고 있는 미터법은 바로 지구의 크기에서 나온 것이다. 프랑스 대혁명의 불길이 채 잦아들기도 전인 1790년, 혁명정부가 도량형 통일을 위해 ‘미래에도 영원히 바뀌지 않을 것’을 기준으로 1m를 정했는데, 그게 바로 북극과 파리, 적도에 이르는 자오선 길이의 1000만분의 1을 1m로 한 것이다. 곧, 북극점에서 적도에 이르는 거리의 1만분의 1이 1km인 셈이다. 그러니까 지구 한 바퀴는 4만 km가 된다. 오늘날 우리는 이 미터법으로 원자의 크기를 재고 우주의 넓이를 잰다. 삼각형 하나가 가르쳐준 ‘천동설’　역사상 최초로 ‘우주 거리’를 잰 사람은 기원전 3세기 고대 그리스의 천문학자 아리스타르코스(BC 310경~230)였다. 그가 우주 측량에 사용한 도구는 삼각형과 원, 그리고 하늘의 달이었다. 그러나 그 측량의 결과는 놀라운 것이었다. 먼저 그가 월식을 관측하고 얻은 결과물을 살펴보도록 하자. 월식 때 월면은 지구에 대한 거울 구실을 한다. 월면에 지구 그림자가 그대로 나타나는 것이다. 이때 지구 그림자를 보면 원형이다. 지구가 만약 삼각형이라면 그림자도 삼각형일 것이요, 편평한 판이라면 그림자도 길쭉하니 비칠 게 아닌가. 그런데 월식 때 보면 지구 그림자는 언제나 둥그렇다. 고대의 천문학자들은 이를 지구가 구체라는 움직일 수 없는 증거로 보았다. 아리스타르코스의 월식 관찰은 여느 사람과는 달랐다. 월식으로 지구 그림자가 달의 가장자리에 올 때 두 천체의 원호 곡률을 비교함으로써 달과 지구의 상대적인 크기까지 알아냈던 것이다. 가히 천재의 발상법이라 하지 않을 수 없다. 그가 알아낸 값은 지구 크기가 달의 3배라는 사실이다. 참값은 4배이지만, 기원전 사람이 맨눈으로, 그리고 오로지 추론만으로 그 정도 알아냈다는 것은 참으로 놀라운 지성이라 하지 않을 수 없다. 아리스타르코스의 천재성은 여기서 멈추지 않았다. 그는 달이 정확하게 반달이 될 때 태양과 달, 지구는 직각삼각형의 세 꼭짓점을 이룬다는 사실을 추론하고, 이 직각삼각형의 한 예각을 알 수 있으면 삼각법을 사용하여 세 변의 상대적 길이를 계산해낼 수 있다고 생각했다. 그는 먼저 지구와 태양, 달이 이루는 각도를 쟀다. 87도가 나왔다(참값은 89.5도). 세 각을 알면 세 변의 상대적 길이는 삼각법으로 금방 구해진다. 그런데 희한하게도 달과 태양은 겉보기 크기가 거의 같다. 이는 곧, 달과 태양의 거리 비례가 바로 크기의 비례가 된다는 뜻이다. 아리스타르코스는 이 점에 착안하여, 다음과 같이 세 천체의 상대적 크기를 또 구했다. 태양은 달보다 19배 먼 거리에 있으며(참값은 400배), 지름 또한 19배 크다. 고로 달의 3배인 지구보다는 7배 크다(참값은 109배). 따라서 태양의 부피는 7의 세제곱으로 지구의 약 300배에 달한다고 결론지었다. 그의 수학은 정확했지만 도구가 부실했다. 하지만, 본질적인 핵심은 놓치지 않았다. 　“지구보다 300배나 큰 태양이 지구 둘레를 돈다는 것은 모순이다. 태양이 우주의 중심에 자리하고 있으며, 지구가 스스로 하루에 한 번 자전하며 1년에 한 번 태양 둘레를 돌 것이다.” 이로써 인간의 감각에만 의존해왔던 오랜 천동설을 젖히고 인류 최초의 지동설이 탄생하게 된 것이다. 그러나 당시 이러한 아리스타르코스의 주장은 큰 반발을 불러일으켰을 뿐만 아니라, 신성 모독이므로 재판에 부쳐야 한다는 말까지 들어야 했다. 어쨌든 우주의 중심에서 인류의 위치를 몰아낸 지동설은 이렇게 한 천재의 기하학으로부터 탄생했다. 따지고 보면 직각 삼각형 하나가 인류에게 지동설을 알려준 것이라고도 할 수 있다. 우리는 이런 천재에게 마땅히 경의를 표해야 한다. 천문학사에 불멸의 이정표를 세운 아리스타르코스는 달 구덩이 가운데 하나에 그 이름이 붙여져 영원히 남게 되었는데, 그 중심 봉우리는 달에서 가장 밝은 부분이다. 작대기 하나로 지구의 크기를 잰 사람 아리스타르코스의 뒤를 이어받은 한 천재는 한 세대 뒤에 나타났다. 그가 바로 역사상 최초로 한 천체의 크기를 잰 천문학자이자 수학자인 에라토스테네스(BC 276~194)였다. 그가 잰 천체는 물론 지구였다. 에라토스테네스는 터무니없이 간단한 방법으로 인류 최초로 지구 크기를 쟀는데, 참값에 비해 10% 오차밖에 나지 않았다. 그가 이용한 방법은 작대기 하나를 땅에다 꽂는 거였다. 해의 그림자를 이용한 측정법이었다. 구체적으로는 이 역시 기하학을 이용한 건데, 어느 날 도서관에서 책을 뒤적거리다가 ‘남쪽의 시에네 지방(아스완)에서는 하짓날인 6월 21일 정오가 되면 깊은 우물 속 물에 해가 비치어 보인다’는 문장을 읽었다. 이것은 무엇을 뜻하는가? 그리스 인들은 지역에 따라 북극성의 높이가 다른 사실 등을 근거로 지구가 공처럼 둥글다는 것을 알고 있었다. 구체인 지구의 자전축은 궤도 평면상에서 23.5도 기울어져 있다. 하짓날 시에네 지방에 해가 수직으로 꽂힌다는 것은 곧 시에네의 위도가 23.5도란 뜻이다.(이 지점이 바로 북회귀선, 곧 하지선이 지나는 지역이다) 여기서 천재의 발상법이 나온다. 그는 실제로 6월 21일을 기다렸다가 막대기를 수직으로 세워보았다. 하지만 시에네와는 달리 알렉산드리아에서는 막대 그림자가 생겼다. 그는 여기서 이는 지구 표면이 평평하지 않고 곡면이기 때문이라는 점을 깨달았다. 그리하여 에라토스테네스가 파피루스 위에다 지구를 나타내는 원 하나를 컴퍼스로 그리던 그 순간, 엄청난 일이 일어났다. 이것은 수학적 개념이 정확한 관측과 결합되었을 때 얼마나 큰 위력을 발휘하는가를 확인해주는 수많은 사례 중의 하나다. 에라토스테네스가 그림자 각도를 재어보니 7.2도였다. 햇빛은 워낙 먼 곳에서 오기 때문에 두 곳의 햇빛이 평행하다고 보고, 두 엇각은 서로 같다는 원리를 적용하면, 이는 곧 시에네와 알렉산드리아 사이의 거리가 7.2도 원호라는 뜻이 된다. 에라토스테네스는 걸음꾼을 시켜 두 지점 사이의 거리를 걸음으로 재본 결과 약 925km라는 값을 얻었다. 그 다음 계산은 간단하다. 여기에 곱하기 360/7.2 하면 답은 약 46,250이라는 수치가 나오고, 이는 실제 지구 둘레 4만km에 10% 미만의 오차밖에 안 나는 것이다. 이로써 인류는 우리가 사는 행성의 크기를 최초로 알게 되었고, 이를 아리스타르코스의 태양과 달까지 상대적 거리에 대입시켜, 비록 큰 오차가 나는 것이긴 하지만 그 실제 거리를 알게 된 것이다. 2300년 전 고대에, 막대기 하나와 각도기, 사람의 걸음으로 이처럼 정확한 지구의 크기를 알아낸 에라토스테네스야말로 위대한 지성이라 하지 않을 수 없다. 이분은 또 수학사에도 이름을 남겼는데, 소수(素數)를 걸러내는 ‘에라토스테네스의 체’를 고안해낸 수학자이기도 하다. 달까지 거리를 ‘줄자’로 재듯이 잰 사람 에라토스테네스 다음으로 약 1세기 만에 나타난 걸출한 천재는 에게 해 로도스 섬 출신의 히파르코스(BC 190~120)였다. 그가 남긴 천문학 업적은 세차운동 발견, 최초의 항성목록 편찬, 별의 밝기 등급 창안, 삼각법에 의한 일식 예측 등 그야말로 눈부신 것이다. 그는 지구 표면에 있는 위치를 결정하는 데 엄밀한 수학적 원리를 적용하여 오늘날과 같이 경도와 위도를 이용하여 위치를 나타낸 최초의 인물이기도 하다. 그는 돌던 팽이가 멈추기 전에 팽이 축을 따라 작은 원을 그리듯이 지구 자전축의 북극점도 그러한 모습으로 회전한다는 세차운동의 이론을 정립하고 그 값을 계산해냈다. 1년 동안 춘분점이 이동한 각도를 구하고, 360도를 이 값으로 나누어 구한 값이 2만 6,000년이었다.(오늘날의 그 참값은 25,800년). 히파르코스의 측량술은 달에까지 미쳤다. 그는 간단한 기법으로 달까지의 거리를 구했다. 그가 사용한 방법은 시차(視差)였다. 한 물체를 거리가 떨어진 두 지점에서 바라보면 시차가 발생한다. 눈앞에 연필을 놓고 오른쪽 눈, 왼쪽 눈으로 번갈아 보면 위치 변화가 나타난다. 이처럼 하나의 물체를 서로 다른 두 지점에서 보았을 때 방향의 차이를 시차라 하는데, 천문학에서는 관측자의 위치에서 본 천체의 방향과 어떤 표준점에서 본 천체의 방향과의 차이를 말하며, 연주시차와 일주시차가 있다. 이 시차는 우주 거리를 재는 천문학자들이 가장 애용한 도구였다. 히파르코스는 두 개의 다른 위도상 지점에서 달의 높이를 관측해 그 시차로써 달이 지구 지름의 30배쯤 떨어져 있다는 계산을 해냈다. 이 역시 줄자를 갖다대 잰 듯이 참값인 30.13에 놀랍도록 가까운 값이었다. 이로써 그는 아리스타르코스가 구한 값(지구 지름의 9배)을 크게 수정한 셈이다. 이는 지구 바깥 천체까지의 거리를 최초로 정밀하게 측정한 빛나는 업적이었다. 히파르코스는 나이 쉰 살이 되어 로도스 섬 해변 가까운 산꼭대기에 천문대를 세우고 은둔생활에 들어갔다. 히파르코스 이후 적어도 300년 동안 그를 능가하는 천문학자는 태어나지 않았다. 그는 고대 그리스 시대 최고의 천문학자였다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　

-죽은 별들의 비명과 수천 개의 백색왜성 무덤 포착 우리은하의 중심부를 들여다보던 천문학자들이 죽은 별들이 그들의 동반성에게 잡아먹히면서 내지르는 '비명 소리'를 처음으로 포착했다고 영국 일간지 데일리메일이 30일(현지시간) 보도했다. 이 좀비 별들은 우리은하 중심부 가까이에 백색왜성들의 거대한 무덤을 만들고 있는 것으로 추정되고 있다. 백색왜성은 거대 질량의 별이 연료를 소진한 후 남은 별의 속고갱이 같은 것이다. 그러나 이들 백색왜성들이 왜 은하 중심부에 그처럼 많이 모여 있는지는 아직까지 밝혀지지 않은 미스터리로 남아 있다. '네이처' 지에 발표된 이번 발견은 누스타(NuSTAR, Nuclear Spectroscopic Telescope Array) 망원경으로 관측한 미국 하버포드 대학의 과학자들이 거둔 쾌거이다. "우리는 누스타의 이미지에서 우리은하 중심부를 이루는 완전히 새로운 구성요소를 볼 수 있습니다" 하고 커스틴 페레스 콜럼비아 대학 교수가 설명했다. "아직까지 그 X선 신호를 완전히 해독하지는 못하고 있지만, 좀더 연구하면 설명할 수 있을 겁니다." 은하 중심부에 있는 수천 개 백색왜성들이 방출하는 것과 같은 X선은 1000분의 1초 펄서(빠르게 회전하는 중성자별)나 강한 자기장에서도 방출될 수 있다. "어쨌든 이 모든 가능성이 별의 진화와 쌍성 체계, 은하 중심에서 나오는 우주선에 관한 우리의 기존 지식을 크게 뒤바꿀 수 있는 중요한 도전이다" 하고 연구자들은 논문에서 말하고 있다. 이번에 발견된 X선은 궁수자리 A*라고 불리는 26광년 크기의 은하 중심부 13에서 나오는 것으로 알려졌다. 이 근처에 우리은하 중심에 똬리 틀고 있는 거대 질량의 블랙홀이 있다. 항성 진화 이론에 따르면, 별이 죽을 때 조용히 어둠 속으로 사라지는 것은 아니다. 우리 태양과는 달리 동반성이 있는 별은 붕괴되어 백색왜성이 되면서 동반성의 물질을 빨아들이게 된다. 이때 물질이 엄청난 속도로 빨려들어가면서 X선을 방출한다. 이 과정에는 아주 흥미로운 사실이 하나 있는데, 백색왜성이 짝별의 물질을 빨아들여 태양 질량의 1.4배에 달하면 예외없이 대폭발을 일으킨다는 사실이다. 이른바 1a형 초신성 폭발이다. 이 한계 질량을 발견한 사람이 인도 출신 물리학자인 찬드라세카르인데, 그의 이름을 따 '찬드라세카르 한계'라 한다. 그는 이 발견으로 노벨 물리학상을 받았다. 많은 수의 젊고 무거운 별들이 우리은하 중심의 블랙홀 둘레를 돌고 있는데, 그처럼 많은 백색왜성들이 왜 청소되지 않은 채 남아 있는지는 아직까지 밝혀지지 않고 있다. 백색왜성은 우리 태양 같은 중간 크기의 별이 생애의 마지막에 바깥층을 날려버리고 남은 알맹이 같은 것이다. 밀도가 아주 높고 희게 빛난다. 태양이 백색왜성이 된다면 지구 크기만한 것이 될 것이다. 우리은하 중심에서 발견된 수천 개의 백색왜성들은 우리은하 중심이 참으로 기괴한 장소라는 사실을 말해준다고 연구자들은 믿고 있다. "거대 질량의 블랙홀 부근에서 천체들이 잔뜩 밀집되어 있는데도 이들 백색왜성들이 건재한 것은 마치 복잡한 지하도에서 사람들이 엉켜 있는데도 유유히 걷는 것과 똑같은 현상이다. 이것을 규명하는 것이 앞으로의 과제이다" 하고 논문 공동저자 처크 헤일리 콜럼비아 대학 교수가 말했다. 이광식 통신원 joand999@naver.com