지구로부터 먼 은하의 중심에 있는 초질량블랙홀에서 빛의 속도의 ‘3분의 1’(약 10만㎞/s)이라는 엄청난 속도로 사방으로 분출하는 ‘트림’ 같은 바람이 블랙홀 자신의 성장을 물론 근처 별들의 형성을 막게 된다는 연구논문이 세계적인 학술지 ‘사이언스’(Science) 최신호(20일자)에 발표됐다. 영국 킬대 천문학자 에마누엘레 나르디니 박사팀은 유럽우주국(ESA)의 XMM-뉴턴 X선 관측위성과 미국항공우주국(NASA)의 누스타(NuSTAR) X선 우주망원경을 사용해 뱀자리에 있는 퀘이사 ‘PDS 456’에서 발생하는 고온의 가스 ‘바람’에 관한 지도를 작성했다. 퀘이사는 지구에서 관측할 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체로, 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 과정에서 발생하는 막대한 양의 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체로서 ‘준성’(準星)이라고도 한다. 이번에 관측된 퀘이사는 지구에서 비교적 가까운 20억 광년 거리에 있다. 따라서 퀘이사를 빛나게 하는 요인은 그 중심에 있는 거대한 블랙홀. 더 정확하게는 블랙홀 주위에 있는 ‘강착원반’이라는 팬케이크 모양의 가스 구름이다. 블랙홀의 주변 물질은 블랙홀로 빨려들어가는 과정에서 맹렬한 속도로 회전하며 중력장에 의해 강착원반을 이루고 이때 발생하는 수백만 도의 초고온이 강렬한 빛을 발하는 것이다. 우리 은하를 포함한 거의 모든 은하 중심 혹은 그 근방의 별들에는 수백만에서 수십억 개분의 질량을 가진 초질량 블랙홀이 존재한다. 하지만 모든 초질량 블랙홀이 퀘이사를 빛내는 것은 아니다. 나르디니 박사는 “이전에도 퀘이사에서 지구 방향으로 분출해 오는 가스를 관측한 사례가 있었지만, 모든 방향으로 분출하고 있음을 증명할 수 있었던 경우는 이번이 처음이다”고 말했다. 연구팀에 따르면, 강착원반에서 나오는 강력한 빛이 이런 바람의 에너지원이 된다. 하지만 가스가 폭발하면 강착원반을 만드는 물질이 부족해져 블랙홀은 새로운 물질을 흡수할 수 없게 되는 것이다. 나르디니 박사는 “이런 바람은 블랙홀의 성장을 제한하고 있다”고 설명한다. 쉽게 블랙홀의 트림으로 부르는 이 바람은 블랙홀 주변의 별들이 성장하는 것도 방해한다. 이는 가스 거품이 퍼져나갈 때 새로운 별을 만들어내는 거대 분자 구름을 밀어내기 때문이다. 퀘이사에서 스스로 별 재료를 밀어내 그 부근에서 별이 형성하는 것을 막는 고온의 가스 거품은 PDS 456뿐만 아니라 다른 어떤 퀘이사에서도 발생할 것이라고 연구팀은 추정하고 있다. 다만, 대부분의 퀘이사는 PDS 456보다 지구로부터 훨씬 먼 거리에 있어 우리가 현재 보고 있는 빛은 우주가 훨씬 더 젊었을 때라는 것이다. 이는 지구 근처에 있는 많은 은하도 젊은 시절에는 퀘이사로서 격렬하게 활동했으나 이번 연구로 밝혀진 것과 같은 과정을 통해 대량의 에너지를 방출하고 차분한 중년의 은하가 됐다는 것이다. 우연히 PDS 456의 진화 시기가 늦어져 이번 발견으로 이어졌다고 할 수 있다. 퀘이사 PDS 456의 외형적 나이는 천문학적으로 자세히 연구할 수 있을 만큼 젊은 ‘살아있는 화석’이라고 한다. 이에 대해 나르디니 박사는 “매우 독특한 존재”라고 말하고 있다. 사진=NASA/ESA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

-아인슈타인의 중력 렌즈가 잡은 '스마일 갤럭시' 허블 우주망원경이 우주공간에서 '웃는 은하'를 발견했다고 영국 일간지 데일리메일이 10일(현지시간) 보도했다. 이 놀라운 이미지의 주인공은 공식적으로는 'SDSS J1038+4849'로 불리는 은하단이다. 커다란 원 안에 밝은 두 은하가 마치 두 눈처럼 보이며, 코 부분에는 하얀 단추까지 단 듯한 이모티콘처럼 보인다고 유럽우주기구(ESA)는 설명한다. "이 '행복한 얼굴'의 두 눈은 사실 아주 밝은 은하들이며, 웃는 입은 강한 중력 렌즈로 인해 생긴 빛의 고리" 라고 전문가들은 밝혔다. 중력 렌즈 현상으로 위에 나타난 둥근 빛의 고리는 아인슈타인의 고리라 불린다. 고리를 이루는 원호 하나는 '웃는 입'을 만들고 있다. 그리고 밝은 은하 두 개가 마치 눈처럼 자리잡아 이 '웃는 은하'를 완성시키고 있다. 대체 이런 현상은 왜 일어나는 걸까? 이것은 딱 100년 전 아인슈타인이 일반 상대성 이론에서 예언한 중력 렌즈 현상 때문이다. 아인슈타인은 주장하기를, 강한 중력은 빛까지 휘게 해서 렌즈 역할을 할 수 있다고 예언했고, 이것이 몇 년 뒤 개기일식을 계기로 실제로 관찰되어 뉴욕타임스의 톱기사로 보도됨으로써 그는 하루아침에 지구상에서 가장 유명한 과학자로 자리매김하게 되었다. 중력 렌즈가 사물을 확대하는 점에서는 돋보기와 같지만, 빛을 한 점에 모으는 돋보기와는 달리 초점이 없기 때문에 빛이 한곳에 모이지 않고 여러 개의 상을 만든다. 은하단은 수백 개의 은하들이 모여 만드는 우주에서 가장 거대한 구조로, 주위의 시공간을 왜곡시켜 이 같은 중력 렌즈 현상을 만들어내는 것이다. 따라서 뒤쪽의 물체를 확대시켜 보여주는 우주의 돋보기라 할 수 있다. 가장 유명한 중력 렌즈는 페가수스자리에서 관측된 ‘아인슈타인 십자가’ 혹은 ‘후크라의 렌즈’이다. 약 80억 광년 떨어져 있는 퀘이사 Q2237 ＋ 0305의 빛이 2억 광년 떨어진 페가수스 은하단에 속한 나선은하의 핵 부분에 의해 휘어져서 형성된 이 중력 렌즈는 은하핵 주변에 4개의 상을 만들고 있다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

-아인슈타인의 중력 렌즈가 잡은 '스마일 갤럭시' 허블 우주망원경이 우주공간에서 '웃는 은하'를 발견했다고 영국 일간지 데일리메일이 10일(현지시간) 보도했다. 이 놀라운 이미지의 주인공은 공식적으로는 'SDSS J1038+4849'로 불리는 은하단이다. 커다란 원 안에 밝은 두 은하가 마치 두 눈처럼 보이며, 코 부분에는 하얀 단추까지 단 듯한 이모티콘처럼 보인다고 유럽우주기구(ESA)는 설명한다. "이 '행복한 얼굴'의 두 눈은 사실 아주 밝은 은하들이며, 웃는 입은 강한 중력 렌즈로 인해 생긴 빛의 고리" 라고 전문가들은 밝혔다. 중력 렌즈 현상으로 위에 나타난 둥근 빛의 고리는 아인슈타인의 고리라 불린다. 고리를 이루는 원호 하나는 '웃는 입'을 만들고 있다. 그리고 밝은 은하 두 개가 마치 눈처럼 자리잡아 이 '웃는 은하'를 완성시키고 있다. 대체 이런 현상은 왜 일어나는 걸까? 이것은 딱 100년 전 아인슈타인이 일반 상대성 이론에서 예언한 중력 렌즈 현상 때문이다. 아인슈타인은 주장하기를, 강한 중력은 빛까지 휘게 해서 렌즈 역할을 할 수 있다고 예언했고, 이것이 몇 년 뒤 개기일식을 계기로 실제로 관찰되어 뉴욕타임스의 톱기사로 보도됨으로써 그는 하루아침에 지구상에서 가장 유명한 과학자로 자리매김하게 되었다. 중력 렌즈가 사물을 확대하는 점에서는 돋보기와 같지만, 빛을 한 점에 모으는 돋보기와는 달리 초점이 없기 때문에 빛이 한곳에 모이지 않고 여러 개의 상을 만든다. 은하단은 수백 개의 은하들이 모여 만드는 우주에서 가장 거대한 구조로, 주위의 시공간을 왜곡시켜 이 같은 중력 렌즈 현상을 만들어내는 것이다. 따라서 뒤쪽의 물체를 확대시켜 보여주는 우주의 돋보기라 할 수 있다. 가장 유명한 중력 렌즈는 페가수스자리에서 관측된 ‘아인슈타인 십자가’ 혹은 ‘후크라의 렌즈’이다. 약 80억 광년 떨어져 있는 퀘이사 Q2237 ＋ 0305의 빛이 2억 광년 떨어진 페가수스 은하단에 속한 나선은하의 핵 부분에 의해 휘어져서 형성된 이 중력 렌즈는 은하핵 주변에 4개의 상을 만들고 있다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

엄청난 식욕을 자랑하는 블랙홀도 때로는 쉴 때가 있는 모양이다. 천문학자들이 ‘다이어트’하는 블랙홀을 발견했다고 사이언스데일리 등 과학매체가 22일(현지시간) 보도했다. 이는 미국 예일대 천문학자들은 먼 우주에서 밝게 빛나는 천체인 퀘이사가 스스로 밝기를 조절하는 것을 처음으로 식별하면서 나온 가설이다. 우주에서 가장 밝고 강력하며 활동적인 천체인 퀘이사는 중심에 블랙홀이 존재한다. 이 블랙홀은 빛조차 흡수할 정도로 중력이 강한데 퀘이사의 빛은 그 영향에서 벗어날 수 있는 ‘사건 지평선’ 외부에 있는 원반으로부터 발생하는 것으로 알려졌다. 지금까지 한 광원으로부터 나오는 퀘이사의 밝거나 어두운 단계 모두를 연구한 경우는 없었다. 예일대가 이끈 연구팀은 수년 전부터 관측돼온 데이터를 비교해 어떤 요인으로 밝기가 6~7단계 흐려진 한 퀘이사를 발견했다. 연구를 이끈 메그(클로디아 메간) 어리 예일대 교수는 “현 시점까지 수십 만 퀘이사를 검토했고 밝기가 어두워진 것을 발견할 수 있었다”면서 “이는 퀘이사 생애에 대해 말할 수 있다”고 설명했다. 이번 연구는 이 대학의 스테파니 라마샤 연구원이 천구 적도 사이에서 있는 ‘스트라이프 82’(Stripe 82)라는 일부 하늘을 조사하는 동안 밝기가 흐려진 퀘이사를 발견하면서 시작됐다. ‘스트라이프 82’는 ‘슬로언 디지털 스카이 서베이’(SDSS)를 비롯한 많은 천문 조사를 통해 검토되고 있다. 라마샤 연구원은 “이 퀘이사는 마치 밝기를 조절하는 스위치 같다. 이는 빛의 근원(블랙홀)이 단지 약해진 것을 의미한다”면서 “퀘이사는 생활 주기가 변하는 것”이라고 설명했다. 이보다 천문학자들에게 더 중요한 점은 퀘이사의 ‘광범위한 방출선’(broad emission lines)이 약화하고 있다는 것이다. 광학 스펙트럼 상에서 이런 광범위한 방출선은 블랙홀에 빨려들어가는 물질로부터 떨어져 나온 에너지로 활성화된 것으로 이는 아직 블랙홀에 흡수되기에는 너무 멀리 있는 가스 원반의 특징이다. 이런 방출선의 변화는 블랙홀이 본질적으로 “다이어트에 들어간 것”이라고 연구팀은 말하고 있다. 그 결과 더 적은 에너지가 발산되고 있다는 것. 디머 스위치를 조절한 것처럼 이런 방출선 대부분이 사라진 것은 퀘이사 모습이 변화했다는 것이다. 연구팀은 최신 광학 스펙트럼 정보와 광학 측광 기록, X선 스펙트럼 정보 등의 다양한 관측 데이터를 분석했다. 또 이들은 가스구름이나 다른 천체가 퀘이사 얖을 지나갈 경우 퀘이사 밝기가 떨어질 수 있다는 가능성도 제외시켰다. 이번 연구결과는 여러 면에서 매우 유용할 수 있다. 우선, 퀘이사 활동의 간헐적 특징에 관한 직접적 정보를 제공하고 특히 이는 블랙홀의 산발적 활동을 암시한다. 어리 교수는 “이는 블랙홀이 어떻게 성장하는지 알아내는 데 영향을 준다”면서 모든 은하는 블랙홀을 가지고 있고 퀘이사는 블랙홀이 휴면기에 들어가기 전에 거쳐야할 단계임을 지적했다. 이어 “이는 오늘날 은하수가 어떻게 이런 모습이 됐는지에 대한 의미를 담고 있다”고 덧붙였다. 게다가, 퀘이사는 다시 불을 켤 수 있어 천문학자들에게 또 다른 변화 모습을 보여줄 수 있다. 라마샤 연구원은 “천문학자들이 50여년간 퀘이사를 연구해 왔더라도, 거의 10년간 블랙홀을 연구한 나 같은 사람은 완전히 새로운 무언가를 찾을 수 있다는 것에 기대한다”고 말했다. 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실릴 예정이다. 사진=Michael Helfenbein/Yale University 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리 은하 중심에는 ‘페르미 거품’이라는 거대 구조가 확산하고 있다. 천문학자들이 허블 우주망원경을 사용해 이 거대 거품에 관한 비밀을 하나하나 파헤치고 있다고 미국 천문학 전문지 ‘애스트로노미 매거진’이 6일(현지시간) 전했다. 2010년 미국항공우주국(NASA)의 페르미 감마선 우주망원경이 우리 은하의 원반에서 발견한 거품 구조가 바로 페르미 거품이다. 페르미 거품은 수직 방향으로 각각 3만 광년에 걸쳐 펼쳐져 있는 데 200만 년 전 은하 중심부에서 일어난 폭발적인 가스 방출로 생성된 것으로 추정되고 있다. 가스 방출의 계기로는 두 가지 주된 가설이 존재한다. 첫째는 별이 차례차례로 태어나 계속해서 초신성 폭발을 일으켰다는 설이다. 두 번째 가설은 하나의 별이나 별무리가 은하 중심의 블랙홀로 빨려들어갔다는 것이다. 이는 은하의 긴 역사 속에서 순간적인 사건일 뿐이며 반복적일지도 모른다. 페르미 거품에 관한 연구를 이끌고 있는 미국 우주망원경과학연구소(STSCI)의 천문학자 앤드루 폭스 연구팀은 거품의 반대편에 있는 퀘이사(밝게 빛나는 먼 은하핵)를 허블 우주망원경의 우주 기원 분광기(COS)를 사용해 자외선 관측하고 그 빛을 분석함으로써 그 구조의 형태를 알아내고 있다. 초기 성과에서 페르미 거품 내의 가스는 시속 300만 km로 확산하고 있는 것으로 나타났다. 또 규소와 탄소, 알루미늄 등 별 생성에 필요한 무거운 원소가 풍부한 것도 확인됐다. 온도는 섭씨 9700도 정도로 그다지 높지 않았다. 섭씨 100만 도에 달하는 은하 원반의 성간 가스가 유입 과정에서 식고 있는 것으로 생각되고 있다. 연구팀은 20개의 퀘이사에 대해 같은 관측을 시행하고 있으며 거품 전체의 총 질량과 여러 부분에서 속도를 조사해 페르미 거품이 생성되는 현상을 해명하려 하고 있다. 사진=NASA/ESA/A. Feild (STScI) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리 은하 중심에는 ‘페르미 거품’이라는 거대 구조가 확산하고 있다. 천문학자들이 허블 우주망원경을 사용해 이 거대 거품에 관한 비밀을 하나하나 파헤치고 있다고 미국 천문학 전문지 ‘애스트로노미 매거진’이 6일(현지시간) 전했다. 2010년 미국항공우주국(NASA)의 페르미 감마선 우주망원경이 우리 은하의 원반에서 발견한 거품 구조가 바로 페르미 거품이다. 페르미 거품은 수직 방향으로 각각 3만 광년에 걸쳐 펼쳐져 있는 데 200만 년 전 은하 중심부에서 일어난 폭발적인 가스 방출로 생성된 것으로 추정되고 있다. 가스 방출의 계기로는 두 가지 주된 가설이 존재한다. 첫째는 별이 차례차례로 태어나 계속해서 초신성 폭발을 일으켰다는 설이다. 두 번째 가설은 하나의 별이나 별무리가 은하 중심의 블랙홀로 빨려들어갔다는 것이다. 이는 은하의 긴 역사 속에서 순간적인 사건일 뿐이며 반복적일지도 모른다. 페르미 거품에 관한 연구를 이끌고 있는 미국 우주망원경과학연구소(STSCI)의 천문학자 앤드루 폭스 연구팀은 거품의 반대편에 있는 퀘이사(밝게 빛나는 먼 은하핵)를 허블 우주망원경의 우주 기원 분광기(COS)를 사용해 자외선 관측하고 그 빛을 분석함으로써 그 구조의 형태를 알아내고 있다. 초기 성과에서 페르미 거품 내의 가스는 시속 300만 km로 확산하고 있는 것으로 나타났다. 또 규소와 탄소, 알루미늄 등 별 생성에 필요한 무거운 원소가 풍부한 것도 확인됐다. 온도는 섭씨 9700도 정도로 그다지 높지 않았다. 섭씨 100만 도에 달하는 은하 원반의 성간 가스가 유입 과정에서 식고 있는 것으로 생각되고 있다. 연구팀은 20개의 퀘이사에 대해 같은 관측을 시행하고 있으며 거품 전체의 총 질량과 여러 부분에서 속도를 조사해 페르미 거품이 생성되는 현상을 해명하려 하고 있다. 사진=NASA/ESA/A. Feild (STScI) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

별이 모이면 은하를, 이런 은하의 모임은 은하군을, 은하군은 다시 은하단을, 은하단은 이보다 더 큰 초은하단을 이룬다. 그런데 이런 초은하단 이상 큰 규모의 천체를 우리는 ‘우주의 거대구조’(혹은 우주의 대규모구조)라고 부른다. 이런 우주의 거대구조는 필라멘트나 거미줄처럼 얽힌 형태를 보이고 있는데 최근 유럽의 천문학자들이 그에 속한 블랙홀의 자전축이 이 구조의 배열을 따르고 있음을 밝혀냈다. 이는 우주 진화 과정을 탐구하는 데 중요한 단서가 될 것으로 보인다. 벨기에 리에주대학 다미앵 헛세메커스 박사가 이끄는 국제 연구팀이 유럽남방천문대(ESO)의 초대형망원경(VLT)을 사용한 최신 관측 연구에서 수십억 광년을 사이에 두고 떨어져 있는 퀘이사 93개(정확히 그속에 있는 블랙홀)의 자전축 방향이 거미줄처럼 얽힌 우주의 거대구조와 일치하는 것을 밝혀냈다. 퀘이사는 하늘에서 별처럼 보이지만 사실은 수천에서 수만 개의 별로 이뤄진 은하로, 지구에서 가장 먼 거리에 있는 은하의 중심핵에 있는 거대 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 엄청나게 밝게 빛난다. 이때 중력에 의해 모인 물질은 소용돌이치며 초고온 상태의 원반을 이루며 내부 블랙홀은 자전축에 따라 제트를 분출한다. 이번 관측에서 이런 자전축과 제트 자체가 확인된 것은 아니지만, 연구팀은 각각의 퀘이사가 갖는 편광(빛의 진동 방향) 등에서 원반의 각도, 나아가 자전축의 방향을 파악할 수 있었다. 특히 연구팀은 이런 자전축 방향이 우주의 거대구조로 불리는 필라멘트를 따르는 경향도 발견했다. 수십억 광년 규모에 달하는 거대 은하 집단의 분포는 일정하지 않고 그물망 구조로 배열되는데 이를 우주의 거대구조라고 부른다. 헛세메커스 박사는 “퀘이사들로부터 주목한 첫 번째 이상한 점은 이들은 수십억 광년씩 서로 떨어져 있음에도 자전축이 서로 정렬된 양상을 보였다”면서 “한 걸음 더 나아가 만약 이 자전축이 서로 연결돼 있다면 이는 단순히 서로 연결된 것이 아니라 우주에 더 거대한 규모의 구조를 형성하고 있을 것”이라고 설명했다. 연구팀은 이번에 관측된 결과가 우연일 가능성은 1% 미만으로 추정하고 있다. 퀘이사(블랙홀)의 방향이 우주의 거대구조와의 관련성이 관측으로 확인된 것은 이번이 처음이다. 한편 이번 연구성과는 국제학술지 ‘천문학 및 천체물리학’(Astronomy and Astrophysics) 22일 자로 게재됐다. 사진=ESO 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

만일 블랙홀을 가까이 볼 수 있다면 어떤 모습일까. 우주의 미스터리 현상인 블랙홀을 컴퓨터로 재현한 이미지가 미국항공우주국(NASA)의 ‘오늘의 천문 사진’(APOD)으로 소개됐다. 이 사진은 40만 개의 항성을 정리한 ‘헨리 드레이퍼 항성 목록’에 부합하는 별들을 ‘투 미크론 올 스카이 서베이’(2MASS)라는 적외선 전천탐사 기술로 촬영한 것이다. 중심에 있는 블랙홀은 원본 사진의 대마젤란운 중심과 거의 일치한다. 컴퓨터로 생성한 이미지는 블랙홀 주변 빛이 어떻게 굴절되는지 보여준다. 이미지 속 일반 별은 빛의 굴절에 따라 블랙홀 양측에서 최소 2개의 쌍성을 이룬다. 블랙홀은 천체의 밀도가 극단적으로 높으면 빛이 천체 속으로 빨려 들어가 나오지 못한다는 아인슈타인 이론에 근거한 것으로 매우 강력한 중력을 갖고 있어 주변의 빛마저 왜곡시킨다. 블랙홀이 우주에서 홀로 존재한다면 빛이 빨려 들어가 찾을 수 없지만, 다른 별과 쌍성 관계를 이루면 관측할 수 있다. 쌍성은 두 개 이상의 항성이 중력 관계에 묶여 있는 별을 말한다. 실제로 구상성단, 은하, 퀘이사 등의 중심에서도 블랙홀 존재에 관한 간접적 증거가 확인되고 있다. 사진=APOD/NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

알마 망원경으로 명왕성과 위성 카론의 위치가 매우 정밀하게 측정됐다고 영국 과학전문매체 피조그닷컴 등 외신이 5일(현지시간) 보도했다. 이 위치는 오는 2015년 명왕성에 접근하게 될 미 항공우주국(NASA, 나사)의 탐사선인 뉴호라이즌스호(號)의 궤도수정에 활용되고 있는 것으로 전해졌다. 명왕성 관측은 지금까지 대형 광학망원경으로도 계속 진행돼 왔지만, 탐사선을 보내야 하므로 학자들은 지금도 명왕성의 위치와 궤도를 정하기 위한 작업을 진행하고 있다. 태양에서 매우 먼 명왕성은 위치 측정에 있어 그 정확도를 높이기 위해 많은 노력이 필요하다. 그 궤도는 지구보다 40배 정도 크고, 한 바퀴 도는 공전 주기는 무려 248년이 걸린다. 따라서 명왕성이 발견된 시점이 고작 1930년이므로 지금까지 인류가 관측할 수 있었던 명왕성의 궤도는 고작 3분의 1에 지나지 않는다. 이에 대해 뉴호라이즌스호 임무 참여 학자인 미 존스홉킨스대 응용물리학연구소의 해럴드 위버 박사는 “인류는 한정된 데이터밖에 손에 넣지 못했으므로 명왕성의 위치는 수천 km의 오차가 있을지도 모른다”면서 “만일 큰 오차가 있다면 뉴호라이즌스호의 궤도수정을 계산하는데 지장이 생길 것”이라고 설명했다. 나사는 알마로 본 명왕성의 정보와 이 행성을 처음 발견했을 때부터 지금까지 가시광선으로 관측한 정보로 구한 위치를 바탕으로 뉴호라이즌스호의 첫 번째 궤도수정(TCM)을 지난 7월에 했다. 이는 적절한 시기에 적절한 분량만을 로켓 분사해 탐사선을 명왕성으로 향하게 하는 것이다. 이 탐사선은 명왕성에 도달한 뒤 더 멀리 있는 ‘에지워스 카이퍼 벨트 천체’의 탐사도 진행할 예정이다. 향후 탐사를 위해 가능한 연료를 아껴야 하므로 궤도 수정은 로켓 연료 소비를 최소화한다. 이를 위해 가능한 한 명왕성 위치를​​ 정밀하게 측정해야 하는데 이는 위치의 기준(지상 위도·경도의 기준이 되는 ‘삼각점’ 같은 것)을 확립하는 것이 필수적이지만, 이 넓은 우주에서 명왕성 같은 작은 천체의 위치와 궤도를 정밀 측정하기 위한 기준을 찾는 것은 쉬운 일이 아니다. 일반적으로 이런 기준에는 멀리 있는 별들이 사용된다. 먼 곳에 있는 별은 오랜 세월이 지나도 그 위치가 거의 바꾸지 않으므로, 이런 천체를 기준으로 명왕성 천구에서의 상대적인 위치를 결정한다. 반면 명왕성의 위치는 해마다 바뀌므로 탐사선을 정확하게 그 행성까지 이끌기 위해서는 더 정밀한 위치 기준이 필요하다고 한다. 인류가 관측한 천체 중 가장 멀리 있어 가장 명백하게 위치가 변하지 않는 천체는 100억 광년 이상 저편에 있는 퀘이사다. 이런 천체를 기준으로 명왕성의 상대적인 위치를 관측하면 더 정밀한 위치를 결정할 수 있다. 하지만 퀘이사는 가시광선상에서 매우 어두우므로 기존의 광학 망원경으로는 위치 결정이 어렵다. 따라서 알마 같은 고성능 망원경이 필요한 것이다. 퀘이사는 알마 망원경이 관측할 수 있는 전파(밀리미터파)를 매우 밝게 나타낸다. 현재 알마 시설에 머물고 있는 미 국립전파천문대 소속 천문학자 에드워드 포말론트 박사는 “알마로 관측한 명왕성의 위치는 측정 오차를 지금까지의 절반으로 줄이는 것을 목표로 한다”면서 “구체적으로는 J1911-2006라고 명명된 매우 전파가 강한 퀘이사를 위치 기준으로 사용했다”고 설명했다. 알마에 의한 관측은 퀘이사의 ​​위치를​​ 기준으로 명왕성 위치를​​ 측정한다. 관측은 명왕성과 그 위성 카론의 극저온 표면에서 나오는 전파를 포착할 수 있었다. 그 표면 온도는 영하 230℃가 될 수도 있다. 관측팀은 명왕성의 첫 관측을 2013년 11월에 시행했다. 이어 궤도를 정밀하게 결정하기 위해 2014년 4월에 1번, 7월에 두 차례의 관측을 진행했다. 또한 10월에도 추가 관측이 예정돼 있다. 포말론트 박사는 “지구가 태양 주위를 이동하므로 간격을 두고 여러 번 관측함으로써 명왕성을 다양한 위치에서 볼 수 있다”면서 “이를 통해 우리는 명왕성까지의 거리와 그 궤도를 정밀하게 결정할 수 있는 것”이라고 설명했다. 천문학에서는 천체의 위치를​​ 측정하려면 시차를 사용한다. 시차는 2지점에서 동일한 물체를 봤을 때의 겉보기 위치의 차이를 말하는 것으로, 삼각 측량과 같은 원리다. 천체의 위치를​​ 측정할 때는 지구가 태양 주위를 이동하는 것을 이용해 천체의 겉보기 위치에 관한 편차를 측정하고 거기에서 거리를 계산한다. 뉴호라이즌스 임무 책임자인 미 사우스웨스트 리서치 인스티튜트의 앨런 스턴 박사는 “최첨단 알마 망원경의 성과가 인류 최초의 역사적인 명왕성 탐사 사업을 지지하는 것에 우리는 매우 흥분하고 있다”면서 “우리는 탐사선을 위해 알마가 제공한 훌륭한 데이터와 이를 실현한 모든 알마 망원경 팀에게 감사하고 있다”고 말했다. 사진=NRAO/AUI/NSF 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지금으로부터 정확히 15년 전인 오늘(1999년 7월 23일) 미 항공우주국 나사(NASA)의 우주 왕복선 컬럼비아호에 실려 새 우주망원경이 발사됐다. 바로 ‘찬드라 X선 우주 망원경’(Chandra X-ray Observatory)이다. 지구 밖으로 나간 나사의 세번째 우주 망원경인 찬드라는 이후 지상에서는 관측하기 힘든 퀘이사(Quasar), 폭발한 별들의 잔해 등의 자료를 지구로 전송했으며 특히 수십개 블랙홀의 모습을 포착하는 큰 성과를 올렸다. 당초 5년 수명이 예상됐던 찬드라 우주망원경은 15년이 지난 지금도 자신의 ‘밥 값’을 톡톡히 하고있다. 찬드라 프로젝트에 참여 중인 천체 물리학자 스코트 울크 박사는 “찬드라 우주 망원경은 인간의 꿈을 현실로 만들었다” 면서 “인간은 블랙홀은 물론 가장 가까운 외계행성에도 못 가지만 찬드라는 그곳에 우리를 데려다 준다”며 의미를 부여했다. 최근 나사는 15주년을 맞아 찬드라 우주망원경이 촬영한 특별한 사진 4장을 공개했다. 상단 맨 좌측부터 시계방향으로 각각 게성운, G292.0+1.8 성운, 초신성 ‘티코’(Tycho) 잔해, 초신성 잔해 3C58로 대부분 지구로 부터 수천 광년 씩은 떨어져 있다. 한편 나사 측은 지난 1990년 허블 우주망원경을 시작으로 콤프턴 감마선 관측선(1991년), 찬드라 X선 우주 망원경(1999년), 스피처 우주 망원경(2003년)을 우주로 쏘아 올렸다. 망원경을 지구 밖으로 보내는 이유는 지상에서는 날씨나 대기의 영향을 받아 우주의 정보를 제대로 관측하기 힘들기 때문이다.　 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

항성, 성간 물질, 암흑 물질 등이 중력으로 한데 묶여 이뤄지는 거대 천체집단을 일컫는 은하(銀河)의 초기 형성 과정을 품고 있는 ‘별의 씨앗’이 다국적 천문연구팀에 의해 포착돼 학계의 관심이 집중되고 있다. 영국 과학전문매체 ‘Phys.org’는 하와이 대학·스윈번 공과대학·캠브리지 대학 공동연구진이 항성 형성 과정에서 중요 역할을 하는 수소가스분자 구름의 흔적을 발견했다고 14일(현지시각) 보도했다. 연구진은 6.5m 구경 칠레 마젤란 쌍둥이 망원경으로 형성 시간이 약 120억 년으로 추정되는 한 은하천체 주변을 관찰하는 과정에서 항성 형성을 준비 중인 것으로 보이는 차가운 수소가스분자 구름 무리를 포착해낼 수 있었다. 연구진이 수소가스분자 구름을 발견할 수 있었던 것은 해당 은하 주위에 빛을 흡수하는 강렬한 에너지의 활동 은하핵인 퀘이사(Quasar) 흔적을 쫓았기 때문이다. 중심에 블랙홀을 품고 있는 퀘이사는 주로 별을 만들어내는 은하천체에서 관찰된다. 연구진은 지금까지 90여 개에 달하는 젊은 은하단을 관찰해왔고 이번에 처음 수소가스분자 구름의 모습을 잡아낼 수 있었다. 그 과정에서 50개의 퀘이사 역시 추가로 관측할 수 있었다. 기본적으로 항성은 이 수소분자구름 속에서 태어난다. 해당 구름은 수소, 헬륨, 중원소로 이뤄져 있고 성간물질 중 비교적 밀도가 높다. 이 구름의 내부 중력이 특정 에너지로 인해 붕괴되기 시작하면서 항성의 초기 형성이 시작되는데 말 그대로 ‘별의 씨앗’과도 같은 존재인 것이다. 하지만 해당 분자구름은 윤곽 형태로만 포착돼 실질적인 항성 형성 과정을 알아보기에는 핵심정보가 부족한 상황이다. 연구진은 그 이유를 분자구름의 위치가 은하와 상당히 멀고 퀘이사가 주변 빛을 흡수해 실제 모습을 보기 어렵기 때문으로 추정했다. 이와 관련해 하와이 대학 마노아 캠퍼스 레지나 조젠슨 박사는 “형태는 정밀하지 않지만 그래도 이 가스구름 흔적이 별의 형성과정을 추정할 수 있는 상당한 잠재성을 품고 있는 것은 사실”이라고 밝혔다. 한편 이 연구결과는 ‘영국왕립천문학회월간보고’(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) 온라인 판에 게재될 예정이다. 사진=Swinburne University of Technology 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

중심부분인 특이점의 중력이 너무 거대해 해당 경계를 지나면 빛조차 빠져나올 수 없는 시공간 영역인 블랙홀, 이론적으로만 존재해왔지 실체가 규명된 적은 없는 신비의 실마리가 잡힌 것일까? 미국 항공 우주국(NASA)은 일반 광학망원경으로 볼 수 없는 우주감마선을 관측하기 위한 망원경인 NASA 감마선 우주 망원경에 블랙홀의 잔재라 일컬어지는 거대 발광체, 즉 블레자(Blazar)의 세부 형태가 포착됐다고 3일(현지시간) 발표했다. 블레자는 블랙홀로 빨려 들어가는 물질이 많을 때, 다 흡수되지 못하고 위 아래로 분출되는 물질로 우주에서 가장 강력한 현상 중 하나로 일컬어진다. 블래자는 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체인 퀘이사(quasar)의 작은 형태로 이는 중심부에 블랙홀 둔 채 엄청난 전자에너지를 방출하는 전파은하의 일부분이기도 하다 이 모습을 관측한 이들은 미국 클렘슨 대학 천체 물리학자 마르코 아젤로, 이탈리아 우주 과학 데이터 센터 천문학자 다리오 가스파리니, 미국 스텐포드 대학 카빌 우주론연구소 천체물리학자 로저 로마니다. 이들은 페르미 감마선 우주 망원경에 의해 모니터링 된 2가지 형태의 전파은하를 분석하는 과정에서 블레자 현상을 발견했다. 이들 전파은하는 각각 밀집(compact), 확장(extended)된 형태로 나뉘어 관찰됐는데 스펙트럼 상에서는 강력한 감마선이 포착된 것이 특징이다. 연구진은 이것이 은하 중심부에 블랙홀이 있기 때문으로 추정한다. 블레자는 전파 은하에서 방출되는 가장 높은 에너지 유형 중 하나로 광범위한 감마 광선 스펙트럼을 통해 빛을 방출하는데 페르미 망원경이 잡아내는 감마선 소스의 절반 이상을 차지했다. 지난 3일, 미국 보스턴에서 열린 미국 천문학회 회의에서 이들 공동연구팀은 블랙홀의 특정 에너지가 이 블래자를 유지시키는 배터리 역할을 하는 것 같다고 밝혔다. 클렘슨 대학 마르코 아젤로 박사는 “포착된 블레자는 두 가지인데 비유하자면 한 가지는 에너지 효율이 높은 전기 자동차 같은 존재고 나머지 하나는 가스를 많이 소비하는 자동차 형태다”라며 “이것은 블랙홀이 일종의 하이브리드 형태로 에너지를 흡수하고 있다는 것을 보여준다”고 설명했다. 연구진에 따르면, 큰 은하와 무수히 작은 은하들이 충돌하고 합쳐지며 공간이 팽창되면 거대한 가스와 회전 에너지가 발생하고 이것이 블랙홀의 동력이 될 수 있다. 블랙홀이라는 강력한 존재가 우주에서 버티기 위해서는 지속적인 에너지 공급원이 필요한데 블래자 현상은 이런 블랙홀이 방출하는 무수한 에너지 형태 중 가장 강력한 것으로 블랙홀의 생성과 유지 방법에 대한 실마리를 제공해 줄 수 있어 이번 관측이 가지는 의미는 크다. 연구진은 “지속적인 관측을 통해서 더 많은 블래자 현상 샘플을 확보해 블랙홀 실체에 조금 더 근접해나갈 예정”이라고 전했다. ☞☞동영상 보러가기 동영상·사진=NASA Goddard Space Flight Center 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

천문학자들이 초질량 블랙홀의 회전속도를 측정하는 데 성공했다. 미국 미시간대와 캘리포니아공과대 연구팀이 지구로부터 약 60억광년 떨어진 퀘이사(RX J1131-1231) 속에 있는 초질량 블랙홀의 속도가 빛의 속도의 절반 정도인 시속 5억 4000만km라고 세계적인 학술지 네이처지(온라인판 5일자 게재)를 통해 발표했다. 블랙홀은 빛의 입자인 광자조차 빨아들이는 엄청난 중력을 갖고 있기 때문에 그 회전 속도를 측정하기란 쉽지 않다고 한다. 따라서 천문학자들은 우주에서 가장 밝은 천체로 꼽히는 퀘이사 속에 있는 블랙홀을 선택하게 됐다고 밝혔다. 이번 연구의 공동저자인 마크 레이놀즈(미시간대)는 “중력렌즈가 중요한 역할을 했다”면서 “이 렌즈가 없었다면 우리는 매우 멀리 떨어져 있는 블랙홀의 회전을 측정하기 위한 엑스선 광자를 수집할 수 없었을 것”이라고 과학전문매체 스페이스닷컴을 통해 밝혔다. 연구를 이끈 루벤스 레이스(미시간대)에 따르면 이번 분석에 미국 항공우주국(NASA)의 찬드라 엑스선 관측선과 유럽우주기구(ESA)의 XMM-뉴턴 엑스선 우주망원경의 데이터가 사용됐다. 한편 이번 측정으로 그 블랙홀이 흡수하고 있는 물질은 매년 ‘33만 3000개의 지구’를 집어삼키고 있는 것과 마찬가지라는 분석이 나왔다고 전해졌다. 사진=퀘이사 RX J1131-1231(NASA) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

작은 크기지만 믿기힘들 정도로 강력한 블랙홀이 확인돼 학계의 주목을 받고있다. 최근 미국과 호주의 천문학 공동연구팀은 “지구로 부터 약 1500만 광년 떨어진 곳에 위치한 블랙홀 MQ1을 발견했다”고 발표했다. 　　 나선은하인 M83 속에 위치한 블랙홀 MQ1은 넓이가 약 100km에 불과한 매우 작은 크기지만 그 힘은 상상을 초월한다. MQ1은 우리 태양 질량의 10배에 달하며 두개의 강력한 제트(일종의 우주 에너지 분출)가 양쪽 방향으로 무려 20광년 거리의 에너지를 뿜어낸다. 연구에 참여한 호주 커틴대학교 로베르토 소리아 박사는 “블랙홀 MQ1은 별이 붕괴되면서 형성된 것”이라면서 “과거 연구에서는 매우 큰 블랙홀로 추측됐지만 이번 연구결과 매우 작은 것으로 확인됐다”고 설명했다. 특히 연구팀은 블랙홀 MQ1을 강력한 에너지를 내뿜는 마이크로퀘이사(microquasar)로 분류했다. 소리아 박사는 “이 블랙홀은 가까운 별의 가스를 매우 빠르게 흡수하면서 강력한 에너지를 분출한다” 면서 “때문에 매우 작은 크기지만 1500만 광년 떨어진 지구에서도 관측이 가능했던 것”이라고 밝혔다. 이어 “이같은 형태의 블랙홀은 매우 희귀해 은하계 진화를 연구하는데 큰 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.　 　 사진=상상도와 촬영사진 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우리 은하의 최초 형성과정을 가늠해줄 ‘아기 은하’가 발견돼 천문학계의 관심이 집중되고 있다. 영국 일간지 데일리메일은 미국 하와이 대학 천문학 연구팀이 지구에서 약 108억 광년 떨어진 ‘아기 은하’의 모습을 포착했다고 5일(현지시간) 보도했다. 아기 은하 이미지를 최초 포착한 이는 하와이 대학 천문학자 레지나 조젠슨·아서 울프 박사다. 이들은 촬영에 지름이 10m에 이르는 세계 최대 ‘W. M. 켁 천문대 광학망원경’을 활용했으며 해당 은하에 ‘DLA2222-0946’라는 이름을 붙였다. 해당 아기 은하는 중심 영역에서 통상 광도를 넘어서는 강한 에너지가 나타나는 퀘이사(Quasar·활동은하핵) 측정으로 포착됐다. 퀘이사는 엑스선, 원적외선, 전파 등 거의 모든 스펙트럼에서 빛을 방출하는데 우리 은하가 발산하는 에너지의 수천 배를 내뿜을 수 있다. 따라서 백억 광년이 넘는 먼 거리에서도 포착이 가능하다. 또한 퀘이사는 별을 만들어내는 젊은 은하 내부에 존재한다. 이는 해당 아기 은하를 통해 ‘천체 형성 과정’을 유추해 볼 수 있다는 것이다. 조젠슨 박사는 “해당 아기 은하의 구조가 현 우리 은하의 ‘막대 나선’ 형태와 유사하다”고 전했는데 이는 ‘DLA2222-0946’를 통해 우리 은하 구조가 어떻게 만들어져 왔는지 알 수 있다는 점에서 중요한 의미를 가진다. 아무리 밝은 천체라도 무려 백억 광년이 넘는 거리이기에 촬영은 쉽지 않았다. 조젠슨 박사는 이를 “백악관에서 10km 떨어진 거리에서 대통령이 읽는 신문글자를 촬영하는 것과 같았다”는 소감을 밝혔다. 조젠슨 박사는 최근 워싱턴 DC에서 열린 미국 천문학 학술대회에서 해당 관측결과를 발표하며 “DLA2222-0946는 최근 발견된 은하 중 우리 은하 구조와 매우 유사하기에 많은 비밀을 풀 수 있는 열쇠가 될 것”이라고 전했다. 은하들이 초기 우주에서부터 어떤 과정을 거쳐 지금까지 형성되어왔는지는 천문학계의 오랜 숙제다. 현재 이론은 작은 암흑물질과 은하들이 먼저 형성되고, 이 같은 작은 은하들이 합쳐져 큰 은하들로 발전됐다는 ‘밑에서 위로(bottom-up) 은하 형성 모형’이 주류로 받아들여지고 있다. 사진=데일리메일 캡처 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

바다소로 알려진 매너티를 닮은 우주 구름이 우연히 포착돼 화제가 되고 있다. 미국 국립전파천문대(NRAO)가 미국 뉴멕시코주(州)에 있는 전파망원경(VLA)의 성능 개선을 위한 실험의 일환으로 지구로부터 약 1만8000광년 떨어진 독수리자리(Aquila)를 관측하던 중 매너티 성운을 발견했다고 19일 발표했다. W50으로 명명된 이 독특한 성운은 약 700광년에 걸쳐 펼쳐져 있으며 약 2만년 전 독수리자리에 있던 초신성 폭발로 생성된 잔해다. 천문학자들은 이 성운을 보자마자 바다소로 알려진 플로리다 매너티를 떠올렸다고 밝혔다. 매너티(해우)는 미국 남동부의 따뜻한 바다에 사는 멸종위기에 처한 해양포유류로 몸무게는 약 500kg에 달한다. 이 초신성 잔해 속에는 블랙홀이 존재한다. 이 블랙홀은 인근 가장 가까운 일반별의 가스를 매우 빠르게 흡수하면서 쌍을 이룬다. 이처럼 블랙홀이나 중성자별이 보통별과 쌍성계를 이루는 것을 마이크로퀘이사라고 하는데 SS433이 널리 알려져 있다. 보통별에서 흘러나오는 가스는 블랙홀에 빨려 들어가면서 원반을 이루는데 이 가스의 일부는 매운 빠른 속도의 제트 분사를 이룬다. 이 같은 분사가 이번에 관측된 바다 소 형성의 성운을 이룬 것이라고 연구진은 설명했다. 사진=미국 국립전파천문대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

현대 우주론에서는 존재할 수 없는 무려 40억 광년에 걸쳐 펼쳐진 우주 최대 구조가 발견돼 관심이 쏠리고 있다. 영국 센트럴랭커셔대학 등 국제 연구진이 우주측량 프로젝트 ‘슬로언 전천탐사’(SDSS) 자료를 이용해 사상 최대의 퀘이사 무리를 발견했다고 ‘왕립천문학회월간보고’(MNRAS) 온라인판 11일 자로 발표했다. 준성(準星)으로도 불리는 퀘이사는 젊은 활동은하의 일종으로, 이번에 발견된 퀘이사 무리는 지름이 무려 40억 광년이나 된다. 연구를 이끈 로저 클로우즈 박사는 “이번 발견은 매우 놀랍다.”면서 “이는 지금껏 알려진 가장 큰 우주 구조의 기록을 깼기 때문”이라고 말했다. 참고로 우리 지구가 속한 은하는 지름이 약 10만 광년에 이르고, 최근 가장 큰 은하로 알려진 NGC 6872 는 지름이 52만 2000광년 정도 된다. 연구진에 따르면 퀘이사 중에는 지름 7억 광년 이상의 거대 군집을 형성하는 경우도 있다고 천문학자들 사이에서 알려져 왔다. 간단히 ‘엘큐지’(LQG·거대 퀘이사 그룹을 뜻함)로 불리는 이 무리는 지구로부터 약 90억 광년 거리에 73개의 퀘이사가 운집한 무리로, 그 지름이 무려 40억 광년이나 됐기 때문에 천문학자들을 괴롭혔다. 이는 정설로 알려진 알베르트 아인슈타인의 현대 우주론에서 우주 구조의 크기가 12억 광년을 넘지 못한다고 생각해왔기 때문이다. 이에 대해 클로우즈 박사는 “이번 발견으로 수수께끼가 해결되기는커녕 새로운 수수께끼가 나왔다.”면서 “우주에 관한 기존의 수학적 설명이 지나치게 단순화됐던 것일지도 모른다. 이는 매우 어려운 문제며 복잡성이 매우 증가할 것”이라고 말했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

‘우연’이나 ‘사고’는 과학과 어울리지 않는 단어다. 과학자들은 대부분 하고 싶은 연구주제를 명확하게 정한 뒤 목표를 향해 간다. 오랜 세월 지식이 축적되고, 어떤 방향이 옳고 어떤 방향은 틀렸는지 식별하는 노하우를 쌓아간다. 그래서 과학을 ‘경험의 산물’이라고 한다. 하지만 아이러니하게도 위대한 과학적 발견 중 상당수는 ‘우연’과 ‘사고’에서 얻어진 것들이다. 마치 콜럼버스가 인도를 가려다 북미 대륙을 발견한 것처럼. 또 사람들은 ‘연구실에서 수십년간 노력한 결과’라는 말보다는 ‘행운과 우연에 얽힌 이야기’에 더 관심이 많다. 그래서 ‘스토리텔링’이 가끔은 ‘진실’보다 강력한 힘을 보여주는 게 아닐까. 누구나 알고 있는 아이작 뉴턴이 ‘떨어지는 사과를 보고 만유인력의 법칙을 발견했다.’는 얘기는 과학사가들 사이에는 정설이 아닌 것으로 알려져 있다. 뉴턴의 공식석상 발언이나 직접 쓴 글 어디에도 사과는 등장하지 않는다. 다만 그의 친구였던 윌리엄 스터클리가 쓴 ‘뉴턴전기’ 42쪽에 “어느 따뜻한 저녁 뉴턴은 정원에서 차를 마시며 과거를 회상했다. 그는 ‘20년 전 난 이 정원에서 사과가 떨어지는 것을 보고 중력에 대해 생각하기 시작했다’고 말했다.”고 적혀 있다. 어쨌든 ‘천재인 뉴턴이 우주의 법칙을 발견했다.’는 것보다는 ‘사과가 인류의 대발견을 가져왔다.’는 쪽이 읽는 사람들 입장에서는 훨씬 더 흥미로운 일이라는 것은 분명하다. 세계 최대의 물리교육 사이트를 운영하는 ‘영국물리협회’(IOP)는 2일(현지시간) ‘노벨상을 받은 사고들’이라는 제목으로 우연이나 사고에서 얻어진 현대물리학의 3가지 발견을 꼽았다. 더하거나 빼거나, 보태거나 덜어내지 않은 ‘진짜배기 스토리’들이다. ●펄서와 작은 초록 외계인 1967년 영국 케임브리지대의 박사 과정 연구원이자 초보 여성 천문학자인 조슬린 벨 버넬은 퀘이사(아주 멀리 떨어진 천체)에서 나오는 미약한 전파를 잡기 위해 새로운 전파망원경을 시험하고 있었다. 하지만 당초 예측했던 퀘이사의 신호뿐 아니라 다른 종류의 전파가 섞여 나왔다. 마치 사람의 맥박처럼 1.34초마다 한번씩 오는 신호의 정체에 대해 지도교수였던 앤서니 휴이시는 버넬의 실수를 의심했다. 버넬이 2년간 직접 만든 전파망원경에 문제가 있다고 판단했던 것이다. 버넬은 그 당시를 회고하며 “박사학위도 못 받고 쫓겨나는 게 아닐까 걱정했다.”고 말하기도 했다. 하지만 망원경에는 문제가 없었고 이들은 새로운 신호의 정체에 대해 고심하기 시작했다. 버넬은 신호에 ‘작은 초록 외계인’(LGM·Little Green Man)이라는 이름을 붙였다. 외계인이 보내는 신호일 수도 있다고 판단한 것이다. 시간이 지나면서 이들은 또 다른 방향에서 1.25초에 한번씩 오는 전파를 발견했다. 이때서야 휴이시 교수는 지금까지 알려지지 않았던 새로운 전파가 있다는 점을 확신하게 됐고, 맥박처럼 규칙적인 신호라는 뜻에서 ‘펄서’라고 이름 붙였다. 펄서는 별의 죽음을 규명할 수 있는 중요한 증거였다. 펄서는 무거운 별이 마지막에 초신성 폭발을 일으킨 뒤 남은 중성자별이 내뿜는 전파이기 때문이다. 휴이시 교수는 펄서 발견에 대한 공로로 1974년 노벨 물리학상을 수상했다. 하지만 펄서에 대한 논문을 쓰면서 휴이시 교수는 자신의 이름을 맨 앞에 넣었고, 정작 펄서를 발견한 버넬은 노벨상을 받지 못했다. 다른 목적으로 만든 실험기구가 훨씬 더 놀라운 천문학적 발견을 이끌어낸 우연의 산물이 최악의 공적 가로채기라는 불명예를 안게 된 것이다. 버넬의 사례는 DNA 발견에 대한 공로를 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭에 빼앗긴 로절린드 프랭클린과 함께 ‘여성 과학계의 비극’으로 과학사에 기록됐다. 펄서 연구성과 발표 기자회견에서 버넬이 받은 질문은 ‘남자친구가 있느냐.’였다. 성경의 창세기는 조물주가 아무것도 없는 무에서 ‘빛이 있으라’고 한 후 세상이 시작됐다고 전한다. 그렇다면 과학은 ‘태초의 빛’에 대해 어떻게 설명하고 있을까. 137억년 전 우주대폭발(빅뱅)이 일어난 뒤 엄청난 혼돈이 이어졌고, 30만년쯤 지나자 우주공간이 맑아지면서 ‘빛’이 생기기 시작했다. 이를 ‘우주배경복사’라고 부른다. 우주배경복사는 1964년 미국 벨연구소의 엔지니어인 아노 펜지어스와 로버트 윌슨이 처음으로 발견했다. 하지만 이들이 원래 찾았던 것은 태초의 빛이 아니었다. 두 사람은 새롭게 개발된 고성능의 통신용 마이크로파 안테나를 시험하고 있었다. 버넬과 마찬가지로 이들은 정체불명의 전파 잡음을 계속 수신하게 된다. 방향을 아무리 바꿔도 같은 파장의 전파 잡음이 계속됐고, 두 사람은 새똥을 치우거나 새를 쫓아내는 등 안테나의 문제를 찾기 위해 애썼지만 허사였다. 망원경의 성능 자체에는 자신이 있었던 둘은 안테나에서 나타나는 현상을 설명할 수 있는 이론을 찾기 시작했고, 결국 러시아 출신의 미국 천문학자인 조지 가모프가 1948년 논문에서 예측했던 현상과 새로운 발견이 일치한다는 사실을 알아냈다. 우주배경복사가 망원경의 모든 방향에서 동일하게 관측된다는 것은 빅뱅에서 시작된 태초의 빛이 지금도 계속되는 우주의 팽창과 함께 모든 방향으로 균등하게 뻗어가고 있다는 것을 의미한다. 망원경을 수리하려던 사람들이 당시 증거 부족으로 입지가 불안했던 빅뱅의 핵심 근거를 찾아낸 것이다. 두 사람은 1978년 노벨 물리학상을 받았다. ●첫 노벨상 수상자도 우연의 수혜자 ‘우연’에 의한 노벨 물리학상 수상의 역사는 길다. 1901년 첫 노벨상 시상식에서 물리학상을 받은 빌헬름 뢴트겐이 시초다. 독일 뷔르츠부르크대 물리학 교수였던 뢴트겐은 1895년 자신의 실험실에서 음극선의 성질을 알아보기 위해 진공 유리관에 전류를 통하게 하는 실험을 하고 있었다. 실험 중 뢴트겐은 옆에 놓아둔 진공 유리관에서 종이를 뚫고 지나가는 강한 빛이 나온다는 것을 알게 됐다. 여러 가지 물질로 이 새로운 빛의 성질을 시험하던 뢴트겐은 이 광선이 밀도가 낮은 나무, 천, 종이 등은 쉽게 통과하지만 밀도가 높은 물질은 통과하지 못한다는 점을 발견했다. 뢴트겐은 수학에서 ‘미지수’라는 의미를 가진 ‘X’라는 이름을 이 광선에 붙였다. 또 아내인 베르타를 실험실로 불러 인류 최초의 ‘손 X레이 사진’을 찍었다. 당시 자신의 손 X레이 사진을 본 베르타는 “마치 나 자신의 죽음을 들여다보고 있는 기분”이라고 표현했다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

129억 광년이나 되는 우주 먼 곳에서 가장 밝은 괴물급 퀘이사(Quasar)가 발견돼 학계 관심을 끌고 있다. 29일(현지시간) AP통신 등 외신에 따르면 유럽의 천문학자들이 최근 하와이 힐로 소재 영국 적외선망원경(UKIRT)을 비롯한 여러 관측기구를 이용해 초기 우주에서 발견된 천체 가운데 가장 밝은 빛을 발하는 퀘이사를 발견했다. 퀘이사는 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체로서 ‘준성’(準星)이라고도 하며 지구에서 관측할 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체를 말한다. ULAS J1120+0641로 명명된 이 퀘이사는 태양 질량의 20억 배나 되는 초거대 블랙홀로부터 에너지를 공급받고 있어 지금까지 발견된 천체 가운데 가장 밝은 빛을 낸다. 또한 이 퀘이사는 우리 은하보다 수천 배 이상이나 많은 방사선을 방출할 만큼 커다란 에너지를 가지고 있다. 연구팀에 따르면 이 퀘이사가 빅뱅 뒤인 7억 7000만 년 전쯤의 우주 초기 모습을 보여주고 있다. 이는 초질량 블랙홀이 느리게 성장한다는 현재 가설에 의문을 제기하고 있어 한 천문학자는 ULAS J1120+0641를 ‘괴물 퀘이사’라고 부르기도 했다. 또한 이 괴물 퀘이사는 자세히 관찰할 수 있을 만큼 밝은 천체 가운데서 가장 먼 거리에 있으며, 두 번째로 먼 퀘이사는 빅뱅 뒤 8억 7000만 년 전의 모습을 나타내고 있다. 퀘이사처럼 먼 거리에 있는 천체는 지구까지 도달한 빛이 도플러 효과로 본래 파장보다 긴 붉은 파장 쪽으로 이동하는 ‘적색 편이’(redshift) 현상을 이용해 정확한 거리를 알 수 있다. 연구팀은 5년간에 걸친 연구 끝에 적색 편이 7.1인 가장 먼 거리에 있는 퀘이사를 발견했다. 이들은 “우주를 통틀어 적색편이 7 이상의 밝은 퀘이사는 100개 정도밖에 안 될 것”이라고 말했다. 연구팀을 이끈 다니엘 몰트락 박사(런덴임페리얼칼리지 교수)는 “이번 퀘이사는 우주 초기의 신비를 풀 열쇠가 될 만큼 가치가 있다.”고 전했다. 사진=제미니 천문대 서울신문 나우뉴스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국 과학자들이 국제 천체관측협력 프로젝트 협회(Sloan Digital Sky Survey)와 합작해 110억년 전 우주의 모습을 3D로 완벽 재현했다. 이들이 공개한 사진은 우리가 지구에서 관찰 가능한 별 가운데 110억 년 전 폭발한 퀘이사(Quasar)만을 포착해 3D로 표현한 것이다. 퀘이사는 블랙홀이 주변 물질을 집어 삼키는 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체로서 ‘준성’(準星)이라고도 하며 지구에서 관측할 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체다. 이번에 공개된 3D 이미지는 퀘이사 1만 4000여개가 수소 가스를 뿜어내면서 생산하는 빛의 파장을 토대로 제작됐다. 앤지 슬로사 미 에너지부 브룩헤븐국립연구소 물리학자는 “이 지도에서 빛을 가로막고 있는 수소가스를 관찰할 수 있다.”면서 “구름 뒤에 숨겨진 달을 보는 듯 하다.”고 평가했다. 중입자 음향진동 관측소(Baryon Oscillation Spectroscopic Survey)는 이번 지도를 바탕으로 2014년 퀘이사 14만개를 이용해 지금보다 10배 큰 우주 지도를 만들 예정이라고 발표했다. 스페이스닷컴은 “이 지도의 궁극적인 목표는 우주가 어떻게 확장되어 왔으며, 긴 역사동안 어떻게 변화했는지를 알아보는 것”이라며 “우주연구에 큰 도움이 될 것”이라고 전했다. 서울신문 나우뉴스 송혜민기자 huimin0217@seoul.co.kr