먼 우주에서 한 쌍의 별이 왈츠를 춘다면 이같은 모습일까? 최근 유럽우주국(ESA)은 허블우주망원경으로 촬영한 이중성계인 '루만 16A'(Luhman 16A)와 '루만 16B'(Luhman 16B)의 모습을 공개했다. 서로가 서로를 공전해 춤을 추는 것처럼 보이는 두 천체는 우주의 별이 되려다 실패한 아픔을 가진 갈색왜성(brown dwarf)이다. 행성보다는 크지만 태양 질량의 0.08% 미만의 질량을 가진 갈색왜성은 연속적인 수소 핵융합 반응을 유지할만한 중력을 가지지 못해 일명 ‘실패한 별’로 불린다. 사진 속 두 갈색왜성의 모습이 왈츠의 스텝처럼 보이는 이유는 허블우주망원경이 3년 간 촬영한 12장의 사진을 합성해 만들었기 때문이다. 곧 3년 동안 두 갈색왜성은 서로가 공전하며 남긴 '발자국'을 심연의 우주 속에 남긴 셈이다. 지구에서 돛자리 방향으로 약 6.5광년 떨어진 곳에 위치한 루만 16AB는 우리와 가장 가까운 곳에 위치한 갈색왜성이지만 불과 4년 전에 발견됐다. 그 이유는 갈색왜성 자체가 워낙 어둡고 주위 배경에 많은 별들이 반짝반짝 빛나 더욱 눈에 띄지 않은 탓이다. 사진=ESA/Hubble & NASA, L. Bedin et al. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우리에게는 토성의 거대한 고리가 가장 유명하지만, 사실 태양계의 가스 행성들은 저마다 작은 고리를 지니고 있다. 과학자들은 당연히 다른 외계 행성 역시 고리를 가지고 있으며 이 중에는 토성보다 매우 큰 고리를 지닌 행성도 있을 수 있다고 추정하고 있다. 이를 직접 관측하는 일은 현재 과학 기술로도 쉬운 일이 아니지만, 과학자들은 간접적인 방법으로 고리의 증거를 유추할 수 있다. 워릭 대학, 하버드 대학, 밴더빌트 대학, 라이덴 관측소의 연구팀으로 이뤄진 국제 천문학자팀은 태양보다 약간 큰 별인 PDS 110 주변에서 이런 동반 천체의 증거를 찾아냈다. WASP(Wide Angle Search for Planets) 및 KELT(Kilodegree Extremely Little Telescope) 데이터를 조사한 결과 2008년과 2011년에 걸쳐 2.5년 간격으로 수 주간에 걸쳐 별빛이 약해지는 주기적인 식현상(transit·별빛이 다른 동반성 등에 의해 가려서 어두워지는 것)이 관측되었는데, 이는 동반성이나 가스 성운의 존재로는 설명되지 않는 매우 장기간의 밝기 변화였다. 연구팀이 여러 가지 가능한 가설을 검토한 결과 매우 큰 고리를 지닌 천체가 별빛을 가렸을 가능성이 가장 큰 것으로 나타났다. 토성보다 매우 큰 고리를 지닌 행성이 있어서 2.5년 주기로 별빛을 가린다고 보면 밝기 변화를 쉽게 설명할 수 있다는 것이다. 다만 이를 위해서는 행성의 크기가 매우 커야 하는 것으로 나타났다. 예상되는 크기는 최대 목성의 50배 수준으로 이 경우 행성보다 더 큰 천체인 갈색왜성(brown dwarf·목성 질량의 13-80배 사이 질량을 가진 천체)의 가능성도 있다. 물론 이 경우에도 갈색 왜성 주변의 거대 고리를 찾아내는 셈이라서 상당히 흥미로운 과학적 발견이다. 갈색왜성은 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지하는데 필요한 질량이 부족해 실패한 별로 불리는데, 태양계에는 존재하지 않지만 우리 은하에 매우 흔한 천체다. 이론적으로는 행성처럼 거대한 고리나 위성을 지닐 수 있다. 다만 결론을 내리기 위해서는 추가 관측이 필요하다. 만약 이 가설이 옳다면 올해 9월에 다시 밝기 변화를 관측할 수 있을 것이다. 국제 천문학자 팀은 더욱 확실한 결론을 내리기 위해 관측을 준비 중이다. 별빛을 가릴 정도로 큰 고리가 실제로 존재한다면 대형 위성 등 다른 중요한 정보 역시 발견될 수 있을 것으로 기대된다. 만약 대형 위성이 존재할 경우 생명체가 목성과 토성의 위성처럼 생명체 존재 가능성을 생각할 수 있어 매우 흥미로운 결과가 될 것으로 보인다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

국내 연구진이 1억도가 넘는 고온을 견딜 수 있는 합금소재를 개발했다. 카이스트 원자력 및 양자공학과 류호진 교수팀은 여러 가지 술을 섞어 칵테일을 만드는 것처럼 다양한 금속원소들을 혼합하는 방식으로 고온에도 견딜 수 있는 신소재 합금을 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최신호에 실렸다. ‘인공태양’, ‘차세대 에너지원’으로 주목받고 있는 핵융합 발전기술이 상용화되기 위해서는 1억도가 넘는 플라즈마를 가둬놓을 수 있는 ‘토카막’ 용기의 내구성이 중요하다. 현재 토카막 용기는 금속 원소 중 녹는점이 가장 높은 텅스텐과 다른 금속들을 소량 섞은 물질로 만들고 있다. 그렇지만 고온의 플라즈마를 오랫동안 가두고 있다보면 손상이 발생한다. 연구팀은 칵테일처럼 여러 금속 분말을 혼합한 다음 틀에 넣고 열과 압력을 가해 모양을 만드는 분말야금 기술로 텅스텐보다 경도와 강도가 2배 이상 향상된 신소재 합금을 만들었다. 또 고온의 온도에서 서로 다른 금속원소들이 섞여 있을 경우 핵융합 반응이 일어나면서 나타날 수 있는 방사능 배출을 막기 위해 크롬이나 티타늄 같은 반응성이 낮은 금속들을 혼합했다. 류 교수는 “핵융합 발전에서 플라즈마를 오랜 시간 가둬두다 보면 열과 플라즈마, 중성자로 인해 용기의 손상이 심해져 파손 가능성이 커진다”며 “이번 연구는 핵융합 및 원자력발전에서 쓰일 수 있는 고강도 금속소재 개발을 촉진시킬 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

●기초연구 진흥 국가 R&D 정책포럼 국내 기초과학 분야 13개 학회와 협의회는 다음달 9일 오후 2시 서울 여의도 국회의원회관 제2소회의실에서 ‘창의적 기초연구 진흥을 위한 국가 연구개발(R&D) 정책제안 포럼’을 개최한다. 이번 포럼에서는 지난 1월 국회를 통과한 ‘연구자 주도 기초연구 지원 확대를 위한 청원서’의 내용을 바탕으로 현재 정부 주도형 기초연구 진흥정책의 문제점과 기초연구 및 실용화 연구의 특성을 고려한 정부 R&D 정책의 다변화 방안 등이 논의될 예정이다. ●카이스트, 스마트 관광 AR·VR 앱 개발 카이스트(총장 신성철) 문화기술대학원 우운택 교수팀이 스마트 관광 지원을 위한 증강현실(AR)·가상현실(VR) 애플리케이션을 개발했다고 23일 밝혔다. ‘케이 컬처 타임머신’ 애플리케이션은 아이폰 사용자들을 위해 iOS앱스토어에 지난 22일 공개됐다. 앱을 내려받아 설치한 뒤 VR기기에 스마트폰을 장착하면 360도 비디오로 문화 유적지를 체험하고 관련 역사 정보를 확인할 수 있다. 현재 콘텐츠는 창덕궁만 제공하고 있지만 연구팀은 서비스 제공 대상을 점점 확대해 나갈 계획이다. ●핵융합硏, 플라스마로 녹조 제거 나서 한국기초과학지원연구원 소속 국가핵융합연구소(소장 김기만)는 플라스마 수(水)처리 기술을 활용해 친환경적으로 녹조와 적조를 제거할 수 있는 장치를 개발할 계획이라고 23일 밝혔다. 연구소는 액체 안에서 플라스마를 발생시키는 플라스마 수처리 기술을 개발하고 이를 특수 장치차량 제작전문 업체에 이전했다. 플라스마 수처리 기술은 플라스마에서 나오는 자외선과 활성 라디칼을 이용해 오염된 액체를 정화하는 기술로 기존의 화학약품이나 황토 살포보다 녹조나 적조 제거에 뛰어난 효과를 보이는 것으로 알려졌다.

11일 경남 창원시 태경중공업에서 열린 ‘국제 핵융합실험로’(ITER) 설비 출하식에서 참석자들이 설비를 둘러보고 있다. 이 설비는 국제 핵융합실험로의 핵심 부품인 진공용기와 초전도 코일 등을 부분 조립하는 장비로 높이가 23m, 무게는 900t에 달한다. 창원 연합뉴스

●플라스마 활용 미세분말 코팅술 개발 한국기초과학지원연구원 부설 국가핵융합연구소(소장 김기만) 플라즈마기술연구센터 연구진은 용사코팅 품질을 높이는 플라스마 기술을 국내 중소기업에 이전해 관련 제품 개발에 착수한다고 2일 밝혔다. 용사코팅은 부품의 내열성·내구성 향상을 위해 분말 상태의 재료를 부품 표면에 분사해 입히는 기술로, 전기전자·반도체·발전 등 다양한 산업 분야에서 활용된다. 연구팀은 플라스마 기술을 활용해 5~25㎛(마이크로미터) 크기의 용사분말이 엉키거나 뭉치지 않고 균일하게 코팅할 수 있는 기술을 만들었다. ●독성예측연구 국제콘퍼런스 개최 한국화학연구원 부설 안전성평가연구소(소장 정문구)는 오는 17~18일 대전 화학연구원 내 디딤돌플라자에서 독성예측기술과 관련한 국제콘퍼런스 ‘오픈 톡스 아시아 2017’을 개최한다. 시스템 독성학, 동물실험을 대체하는 독성예측기술을 중심으로 연구 애플리케이션 개발, 데이터 통합분석, 생물정보 분석기술 같은 독성예측 분야 최신 연구동향에 대한 정보교환과 토론을 한다. 자세한 내용은 홈페이지(opentox.net/events)에서 확인할 수 있다. ●미래부, 국가R&D 관리 규정 개정 미래창조과학부(장관 최양희)는 2일 국무회의를 통과한 ‘국가연구개발사업의 관리 등에 관한 규정’ 개정안이 오는 8일부터 시행된다고 밝혔다. 개정안은 R&D혁신을 위해 연구현장의 행정 부담을 완화하기 위해 마련한 것으로 연구서식의 간소화와 연구비 규정 통일, 정부출연연구기관과 연구대학들의 학생인건비 통합관리제도 개선 등의 내용을 담고 있다.

​​오리온자리서 벌어진 별들의 불꽃놀이​​ 별들의 충돌 현장을 잡은 놀라운 사진이 공개되어 우주 마니아들에게 커다란 충격을 주고 있다고 7일(현지시간) 영국 일간지 데일리메일이 보도했다. 충돌이 일어난 곳은 오리온자리이고, 충돌한 별들은 둘 다 비교적 젊은 별이며, 충돌 현장을 잡은 것은 칠레 아타카마 사막에 있는 알마전파망원경(ALMA·Atacama Large Millimeter-submillimeter Array)이다. 두 별은 충돌하면서 우주 공간으로 엄청난 잔해와 광휘를 내뿜었다. 이 같은 별의 충돌은 우주에서 흔한 일이긴 하지만, 이렇게 충돌 현장을 잡은 것은 아주 드문 일이다. 보통 별의 폭발은 늙은 별이 생애의 마지막 순간을 폭발로 마감하는 초신성 폭발에서 주로 볼 수 있는 현상으로, 이때 내뿜는 빛은 온 은하가 내뿜는 빛과 맞먹을 정도로 우주 최대의 드라마를 연출한다. 그러나 이번 오리온 대성운에서 일어난 두 별의 충돌은 초신성 폭발과는 다르게 별의 죽음과 탄생 사이클에 대한 다른 통찰을 제공하는 것이다. 지구에서 1350광년 떨어져 있는 오리온 분자 구름 1(OMC-1·Orion Molecular Cloud 1)은 유명한 오리온 대성운 복합체의 일부로, 별들의 탄생이 활발히 이루어지고 있는 별들의 우주 분만실이다. 별들의 탄생은 우리 태양 질량의 수천 배 되는 성운이 자체 중력 붕괴를 일으켜 뭉쳐질 때 이루어진다. 성운은 99% 이상이 수소와 헬륨으로 이루어져 있는데, 이 가스가 뭉쳐져 밀도가 최고조에 이르면 그 중심부는 압력이 높아감에 따라 온도가 급격히 상승한다. 온도가 일단 1000만 도에 이르면 하나의 사건이 발생하는데, 바로 수소 핵융합이 시작되는 것이다. 이렇게 하여 핵에너지가 만들어지고 가스체에 반짝하고 불이 켜지게 되어 최초의 빛을 우주 공간으로 발산하는데, 이것이 바로 ‘스타 탄생’이다. 이렇게 태어난 원시 별은 우주 공간에서 이리저리 떠돌다가 시간이 지남에 따라 더욱 더 큰 원시 별이 만든 중력권으로 진입하게 된다. 그러나 만약 원시 별들이 그들의 분만실에서 탈출하기 전에 아주 가까이 서로 만나는 경우, 격렬한 상황이 일어날 수 있다. 약 10만 년 전, OMC-1 안의 깊숙한 곳에서 몇 개의 원시 별들이 생성되기 시작했다. 그들은 중력으로 서로 끌어당기다가 마지막으로 500년 전 이윽고 결렬한 충돌을 일으켰다. 이 충돌이 발생시킨 에너지는 태양이 1000만 년 동안 생산하는 에너지와 맞먹는 것으로서, 엄청난 빛과 잔해들을 뿜어내 주변의 원시 별들과 가스들을 우주 공간으로 내팽개쳤다. 수천 가닥의 먼지와 가스 흐름이 초속 150km의 속도로 뻗어 나갔다. 이같이 별들이 태어나자마자 최후를 맞기도 하지만, 여기서 나온 물질들은 또 다른 별들을 잉태하는 데 사용된다, 이것이 바로 별의 환생이다. 오리온성운 안에는 지금 이 순간에도 별들이 태어나고 있다. 이 성운 속에 태어났거나 태어나고 있는 별들의 수는 3000개가 넘는다. 이광식 통신원 joand999@nave.com

우주 삼라만상을 이루고 있는 원소들 중에서 수소가 가장 많다. 무려 75%를 차지한다. 대체 왜 그런 걸까? 이 질문에 답을 하려면 빅뱅이 일어난 때로 돌아가야 한다고 오리건 주립대학 화학교수인 메이 나이먼이 설명한다. 빅뱅은 주기율표의 원소들을 만들어 우주를 짓는 벽돌로 사용했다. 원소들은 각기 고유한 개수의 아원자 입자를 가진다. 양전하를 띤 양성자, 중성자, 그리고 음전하를 띤 전자가 그것들이다. 수소는 양성자 하나와 전자 하나로 이루어진 원소로, 중성자를 갖지 않은 유일한 원소이기도 하다. 우주에서 가장 단순한 원소인 이 수소는 또한 우주에서 가장 흔한 원소로서 우주 물질의 거의 75%를 차지하고 있다. 이 같이 수소가 가장 단순한 구조를 가졌다는 이유가 바로 가장 많은 비율로 존재하게 되었음을 말해주는 것이라고 나이먼 교수는 설명한다. 이 수소는 별 속에서 핵융합으로 헬륨을 생성한다. 우주에서 수소 다음으로 많은 헬륨은 양성자, 중성자, 전자를 각각 두 개씩 갖고 있다. 따라서 질량은 수소의 4배가 되며, 우주 물질의 24%를 차지한다. 천문학에서는 헬륨보다 무거운 원소들은 모두 중원소로 친다. 참고로, 우주에 있는 모든 원소들의 개수는10^98(10의 98승) 개이며, 그중에서 당신은 10^29(10의 29승) 개를 갖고 있다. 그리고 원소 개수로 보면, 1위 수소 88%, 2위 헬륨 11%이고, 나머지 모든 자연 원소 90종을 합해도 1% 미만이다. 세번째로 많은 원소는 산소인데, 그래봤자 수소의 1000분의 1 이하이다. 그리고 질량이 높은 원소일수록 그 양은 적다고 나이먼 교수는 덧붙인다. 그런데 지구의 원소 조성비는 우주와는 사뭇 다르다. 지각에서 가장 많은 비중을 차지하고 있는 원소는 산소로, 46.6%나 된다. 그 다음이 규소 27,7%, 알루미늄 8.1%, 철 5%, 5위 칼슘 3.6%, 나트륨 2.8%, 칼륨 2.6%, 마그네슘 2.1% 순이다. 이런 것을 보면 지구가 우주에서 얼마나 특이한 존재인가 하는 것을 알 수 있다. 물론 그렇지 않다면 우리는 존재할 수 없었을 것이다. 우주에서 가장 흔한 수소는 인체에서도 생명 유지에 필수적인 역할을 한다. 유전자 정보를 만드는 DNA 생성에도 관여하며, 우리 몸의 위나 다른 장기 내의 pH(물의 산성-알칼리성의 정도를 나타내는 수소 이온 농도 지수) 조절에도 필수적인 기능을 한다고 나이먼 박사는 밝힌다. 그러나 무엇보다 중요한 수소의 효용은 바로 산소와 결합해 생명의 근원인 물(H20)을 만든다는 사실이다. ​그리고 물이 얼 때는 소수가 물의 분자를 떨어뜨리는 역할을 해서 물보다 비중이 가벼운 얼음을 만드는데, 만약 얼음이 물보다 무겁다면 바다에서 생명이 나타나기 어렵다. 왜냐하면 얼음이 밑바닥에서부터 얼기 시작해 모든 물이 얼어붙을 것이기 때문이다. "일반적으로 어떤 물질이 액체에서 고체로 되면 비중이 높아지는 데 반해, 물은 이와 반대 현상을 보이는데, 이는 물이 갖는 아주 중요한 특성 중의 하나입니다" 하고 나이먼 교수는 밝힌다. 한편, 수소는 아주 위험한 원소의 하나이기도 하다. 산소와 반응하면 바로 폭발을 일으킨다. 이런 이유로 힌덴부르크 비행선이 1937년 폭발해 36명의 인명사고를 냈다. 게다가 수소 폭탄은 인류의 종말을 가져올 만큼 파괴적이다. 이런 수소 폭탄이 1950년대 미국과 소련, 영국, 프랑스, 중국 등에 의해 핵실험을 감행되었다고 나이먼 교수는 지적했다. 가장 단순하면서도 우주에 가장 많은 수소. 그러나 수소가 지닌 오묘한 신비는 아직까지 다 밝혀지지 않고 있다. ​그래서 물리학자들은 수소를 알면 물리학을 다 안 것이나 진배없다는 말을 하고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

우리은하 끝자락에서 목성보다 90배나 더 큰 갈색왜성이 발견됐다. 최근 스페인 라 라구나대학 등 국제천문학연구팀은 지구에서 약 750광년 떨어진 곳에서 거대한 갈색왜성 'SDSS J0104+1535'를 발견했다고 발표했다. 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)으로 관측된 이 갈색왜성은 헤일로(Halo)라 불리는 우리은하 끝자락에 위치해있다. 헤일로는 은하 주변을 둘러싸는 구(球) 모양의 영역으로 별과 암흑물질로 이루어져 있다. SDSS J0104+1535 발견이 의미있는 것은 역대 발견된 갈색왜성 중 가장 큰 질량을 가진 것은 물론, 가장 순수한 성분으로 구성돼 있기 때문이다. SDSS J0104+1535는 99.99% 수소와 헬륨으로 구성돼 있으며, '태양계의 큰형님' 목성의 질량과 비교하면 90배 이상 크다. 지금으로부터 약 100억 년 전 태초의 가스로 형성됐을 것이라는 것이 연구팀의 설명. 연구에 참여한 중국계 장정화 박사는 "이렇게 순수한 갈색왜성을 발견할 수 있을 것이라 기대하지 않았다"면서 "이번 발견은 이보다 더 큰 천체가 존재할 가능성을 시사한다는 점에서 의미가 있다"고 밝혔다. 한편 갈색왜성(brown dwarf)은 별이 되려다 실패한 천체를 말한다. 행성보다는 크지만 태양 질량의 0.08% 미만의 질량을 가진 갈색왜성은 연속적인 수소 핵융합 반응을 유지할만한 중력을 가지지 못해 일명 '실패한 별'로 불린다. 사진=그래픽 상상도 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

김수봉 서울대 물리천문학부 교수가 입자물리학 분야 최고 권위상인 ‘브루노 폰테코르보상’을 수상한다. 마지막 중성미자 변환 비율을 밝혀낸 공로를 인정받았다. 1일 과학기술계에 따르면 러시아 합동원자핵연구소(JINR)는 지난달 27일(현지시간) 김 교수와 왕이팡 중국 고에너지물리연구소(IHEP) 박사, 니시가와 고이치로 일본 고에너지가속기연구소(KEK) 박사를 공동 수상자로 선정했다. 브루노 폰테코르보상은 중성미자 분야에서 탁월한 연구업적을 남긴 러시아 과학자 폰테코르보 박사를 기리고자 1995년 제정됐다. 김 교수는 만물을 이루는 기본입자 중 하나로, 핵붕괴나 핵융합 과정에서 방출되는 중성미자의 변환 비율을 2012년 밝힌 바 있다. 중성미자는 질량이 매우 작은 데다 빛에 가까운 속도로 움직이고 다른 물질과 거의 상호작용도 하지 않아 ‘유령입자’로도 불린다. 김 교수는 “중국 연구진은 200명 정도이고 일본 연구진은 약 400명인데 이에 비하면 우리 상황은 열악하다”면서 “40명의 국내 연구진과 같이 수행한 연구의 성과”라고 평가했다. 시상식은 9월 러시아 합동원자핵연구소에서 열릴 예정이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

30년 전 발견된 놀라운 초신성 하나가 허블 망원경을 포함한 손꼽히는 망원경들을 사로잡았다. 찬드라 X선 우주망원경과 칠레 아타카마 사막의 알마 전파망원경(ALMA·Atacama Large Millimetre/submillimetre Array)도 문제의 초신성을 끈질기게 관측했다. SN 1987A로 불리는 이 초신성은 대마젤란은하 부근에 위치하는데, 이는 “수백 년래 발견된 초신성 중 가장 가까운 거리에 있는 것”이라고 미국항공우주국(NASA) 측은 밝혔다. ‘타이태닉’이란 별명을 가진 이 초신성은 1987년 2월 23일에 발견된 것으로, 태양 밝기의 100만 배나 되는데, 이는 400년래 발견된 초신성 중 가장 밝은 것이다. 초신성이란 거대 질량의 별이 항성 진화의 마지막 단계에서 대폭발로 생을 마치는 것으로, 새로운 별이 탄생한 것이 아니라, 늙은 별의 죽음이다. 초신성이란 별이 없던 곳에서 엄청 밝은 별이 나타난 것처럼 보여 붙여진 이름일 뿐이다. 미국 하버드 스미스소니언 천체물리학센터의 로버트 커시너 연구원은 “SN 1987A는 30년 동안 관측할 만한 가치가 있는 천체인데, 별의 진화에서 최종 단계를 보여주는 귀중한 사례이기 때문”이라고 밝혔다. 천문학자들은 관측 데이터를 분석한 끝에 이 초신성의 충격파가 별이 폭발하기 전 방출한 가스 고리 너머로 진출하는 중요한 단계를 막 넘어섰다는 결론을 내렸다. 이 같은 현상은 별에서 방출된 고속의 항성풍이 그전 적색거성 단계에서 나온 느린 항성풍과 충돌할 때 발생하는 것이다. 그러나 가스 고리 바깥으로 무엇이 있는지에 대해서는 아직 알려진 바가 없다. 미국 펜실베이니아주립대의 카리 프랭크 박사는 “이 변화에 관한 자세한 과정은 종말에 이른 별이 어떻게 별의 생애를 끝내게 되는가에 대해 많은 것들을 알려주리라 기대된다”고 설명했다. 그는 찬드라 망원경으로 진행된 SN 1987A 연구를 이끈 대표 저자다. 이 같은 초신성 폭발은 다른 별과 행성의 생성으로 이어질 수 있는데, 별이 폭발하기 전 중심부의 핵융합으로 생명 기본 구성물질인 탄소, 산소, 질소, 철 같은 원소들을 벼려서 켜켜이 내부에 쌓아둔 것을 폭발과 함께 우주 공간으로 흩뿌린다. 이러한 잔해들이 다른 별과 지구 같은 행성들을 만드는 재료로 사용되며, 여기에서 생명이 싹튼 것이다. 초신성에 관한 연구는 이러한 별과 생명의 진화과정을 이해하는 실마리를 얻을 수 있다고 연구자들은 믿고 있다. 허블 망원경은 여러 해에 걸친 관측으로 1987A 초신성의 가스 고리가 가시광선을 방출하면서 빛나며, 그 지름이 무려 1광년이나 된다는 사실을 알아냈다. 이 가스 고리는 적어도 별이 폭발하기 이전부터 약 2만 년 동안 존재해온 것으로, 폭발에서 나온 자외선으로 몇십 년간 에너지를 공급받아 빛나기 시작한 것이다. 현재 가스 고리 속의 중심 구조는 지름이 반 광년 정도로 팽창되었으며, 중앙에 보이는 두 잔해 덩어리는 시간당 3000만 km의 속도로 서로 멀어져가고 있다. 1999~2013년의 찬드라 데이터는 X선을 방출하면서 확장하는 가스 고리가 더욱 밝아지고 있음을 보여준다. 이는 최초의 폭발에서 나온 충격파가 고리에 에너지를 공급했기 때문이다. 그러나 지난 몇 년간 관측에서 이 가스 고리는 더는 밝아지지 않고 있는데, 고리의 저에너지 X선 에너지 총량은 유지되고 있는 것으로 알려졌다. 위 사진의 좌측 하단에 있는 고리는 흐릿해지기 시작하고 있다. 천문학자들은 폭발의 충격파가 가스 고리의 얇은 부분을 지우고 있기 때문으로 보고 있는데, 이 같은 과정이 계속 진행되면 이윽고 고리의 시대는 마감된다. 2012년부터 시작된 ALMA의 관측 데이터는 초신성 잔해가 선대의 별이 남긴 물질로 새로운 우주먼지를 만들고 있을 보여준다. 이 발견은 초기 우주에서 이와 비슷한 경로로 우주먼지가 생성되었음을 시사하는 것이다. 연구진은 이 초신성 폭발에서 중성미자를 발견하고, 중성자별이나 블랙홀이 혹시 없을까 싶어 고리 중심부를 뒤지고 있는 중이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

“내가 조국에 바칠 것은 피와 땀과 눈물뿐”이라는 연설로 유명한 영국의 정치가 윈스턴 처칠이 외계인의 존재 가능성과 핵융합 에너지, 진화론 등에 대한 글을 쓴 과학저널리스트였다는 사실이 새로 밝혀졌다.세계적인 과학 학술지 ‘네이처’는 태양계 바깥에 있는 외계 행성에 생명체가 존재할 가능성을 추론한 처칠의 비공개 원고를 처음 발견했다고 15일(현지시간) 보도했다. 이 원고는 ‘우리가 우주의 유일한 존재인가’라는 제목에 11쪽 분량으로, 타자기로 작성돼 있다. 원고는 미국 미주리주 풀턴에 있는 웨스트민스터대 국립처칠박물관에서 찾았다. 처칠은 ‘제2차 세계대전’이라는 책으로 노벨문학상을 받은 논픽션 작가이자 화가였다. 이번 원고가 세상에 드러나면서 그가 과학분야에 관심을 갖고 다수의 글을 썼다는 사실도 처음 밝혀졌다. 1939년 처음 작성돼 1950년대 후반에 내용이 추가된 이 원고는 1965년 사망 때까지 출판되지 않아 박물관 수장고에 잠들어 있었다. 처칠은 이 원고에서 “이 광활한 우주에서 지구만이 생각하는 생명체가 유일하게 살아 있는 곳이라고 받아들일 정도로 우리가 만든 문명이 성공했다고 생각하지는 않는다”고 강조했다. 처칠은 정규 과학교육은 받지 않았지만 1896년 인도에서 군복무 중 찰스 다윈의 ‘종의 기원’을 읽은 뒤 과학에 관심을 갖기 시작해 물리학을 비롯한 다양한 과학책을 탐독했다. 1920~1930년대에는 진화와 세포에 대한 글을 신문과 잡지에 투고하기도 했다. 1931년에는 셜록 홈스 시리즈가 실려 유명세를 탔던 시사잡지 ‘스트랜드 매거진’에 ‘향후 50년’이란 제목의 글을 기고하면서 물에 들어 있는 수소원자를 이용해 에너지를 얻을 수 있을 것이라고 예측하기도 했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

약 46억 년 전, 태양보다 6배쯤 큰 거대 질량의 별이 강렬한 폭발로 그 외각층을 우주공간으로 날려버렸으며, 그 우주먼지로부터 태양계의 행성들이 만들어진 것으로 과학자들은 생각하고 있다. 우주먼지의 기원을 밝힌 새 연구가 발표되었다고 영국 일간지 데일리메일이 30일(현지시간) 보도했다. 우주먼지를 이루는 알갱이들은 지금도 지구로 떨어지는 운석 속에서 발견되고 있다. 과학자들은 우주 먼지의 기원을 추적한 끝에 오래 전 어떤 거대 질량의 별이 우주에 흩뿌린 것이라는 사실을 알아냈다. 연구자들은 천문학의 오랜 퍼즐을 풀기 위해 거성 안에서 일어나는 핵반응의 효과를 규명해냈다. 중소 질량(0.6-10 태양질량)의 별이 일생 말기에 진입하는 과정인 점근거성가지(Asymptotic Giant Branch/AGB)에 있는 별은 그들의 외각층을 우주공간으로 분출시킬 때 엄청난 양의 우주먼지를 생산한다. 그러나 지구상에 떨어진 운석 속 우주먼지의 화학조성을 분석한 바에 따르면 AGB의 화학조성과 다르다는 사실이 밝혀졌다. 운석 속 우주먼지의 화학조성은 우주먼지를 형성하는 별 속의 핵반응이 어떻게 진행되는가에 대한 실마리를 갖고 있다고 연구자들은 생각한다. 이번에 발표된 새로운 연구논문에서 루나(Luna - Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) 소속의 저자들은 우주먼지의 기원이 AGB 별의 껍질이라는 사실을 최종적으로 확인했다. 루나는 이탈리아의 그란 사소(Gran Sasso) 산 지하 1km에 위치한 핵물리학 실험실이다. 연구진은 별 속에서 일어나는 양성자와 산소 동위원소 17O(사람이 숨쉬는 산소보다 좀 무겁다)와의 핵융합반응이 종전에 생각했던 것보다 2배 많이 일어난다는 사실을 발견했다. 핵물리학자에 따르면, 이 같은 반응이 우주먼지 알갱이에 흔적을 남길 수도 있다고 한다. LUNA UK 연구진 대표 마리아루시아 알리오타 교수는 "오랜 퍼즐이었던 우주먼지의 기원을 알아냈다는 것은 참으로 대단한 성과"라면서 "우리의 연구는 별 속에서 일어나는 핵반응을 보다 정확하고 정밀하게 측정하는 것이 얼마나 중요한가를 다시 한번 보여준 사례"라고 말했다. 우주먼지 알갱이들은 우리 태양계가 생성되기 오래 전에 만들어졌으며, ​연구자들은 이 우주먼지 알갱이들이 어떻게 진화해왔는가를 비로소 알게 되었다고 설명한다. 이번 연구에 참여한 콘콜리 관측소의 마리아 루가로 박사는 "별이 폭발했을 때 나온 잔해들이 어떻게 되었는가 하는 것은 오래된 의문으로 과학자들을 괴롭혔다"면서 "이번 루나 팀의 연구로 이 우주먼지의 진화과정이 최종적으로 밝혀진 것"이라고 연구의 의의를 설명했다. ​이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

‘별자리의 왕자’ 오리온자리 겨울 밤하늘 별자리 중에서 단연 압권은 오리온자리일 것이다. 지구를 둘러싸고 있는 88개의 별자리에는 모두 21개의 1등성이 있는데, 북반구에서는 오리온자리만이 1등성을 두 개나 갖고 있기 때문이다. 오리온의 좌상귀에 있는 붉은 별 베텔게우스와 우하귀 쪽의 푸른 별 리겔이 바로 그 주인공들이다. ​요즘 오리온을 만나려면 밤 8시쯤 바깥으로 나가 남쪽 하늘을 보면 된다. 중천에 커다란 방패연처럼 걸려 있는 오리온자리를 찾기는 아주 쉽다. 앞에서 말한 두 1등성과 가운데 등간격으로 늘어선 삼성을 보면 금방 오리온자리인 줄 알 수 있다. 오리온은 그리스 신화에 나오는 솜씨 좋은 사냥꾼의 이름이다. 바다의 신 포세이돈의 아들로 태어난 오리온은 달과 사냥의 여신인 아르테미스를 사랑하지만, 아르테미스의 오빠인 아폴론이 이들의 사랑을 탐탁지 않게 생각한 나머지, 사냥하고 있는 오리온을 발견하고는 동생에게 내기를 청한다. 오리온을 과녁 삼아 활쏘기를 하게 된 것이다. 오리온인 줄 모르는 아르테미스는 사냥의 여신답게 화살을 오리온의 머리를 정확히 명중시킨다. 나중에 자신이 쏘아 죽인 것이 오리온임을 알게 된 아르테미스는 큰 슬픔에 빠졌고, 신들의 왕 제우스는 아르테미스의 슬픔을 달래주기 위해 오리온을 밤하늘의 별자리로 만들었다고 한다.​ 그래서 밤하늘의 오리온은 방패와 몽둥이를 들고 우람하게 버티어선 사냥꾼의 모습을 하고 있다. 이 사냥꾼은 밤새 하늘을 질주해 새벽녘이면 서쪽으로 진다. 오리온의 허리에는 세 개의 별이 등간격으로 나란히 빛을 발하고 있다. 바로 오리온 삼성이다. 중앙의 세 별은 모두 푸른빛을 내는 비슷한 밝기의 2등성이다. 별지기들은 재미삼아 이 별 이름을 차례로 왼다. 민타카, 알릴람, 알니탁. 눈치 빠른 이들은 알아챘겠지만, 다 아랍어 이름이다. 기독교 교회의 품 안에서 미몽에 빠져 있던 서방세계가 코페르니쿠스가 나타나기 전까지 1000년 동안 천문학은 아랍 세계가 앞서 있어 별들 이름이 이렇게 지어진 것이다. ​이 삼성 아래쪽에는 오리온 대성운(M41)이 있다. 아름다운 나비 모양의 붉은색 성운이다. 하지만 크기는 무려 25광년, 거리는 1,500광년이다. 태양계를 만든 성운의 크기가 2~3광년이라 하니, 태양계 10개는 거뜬히 만들 수 있는 대성운이다. 당신이 오늘 밤 본 오리온성운의 빛은 신라, 백제, 고구려가 아웅다웅하던 삼국시대에 출발한 빛이다. 지금도 이 성운 안에서는 아기별들이 태어나고 있는 것을 볼 수 있다. 삼성을 더 따라가 보자. 삼성에서 북쪽으로 눈길을 주면 황소자리의 주황색 별 알데바란이 보이고, 좀생이별(플레이아데스)과 히아데스성단이 눈에 띈다. 또한 오리온자리 왼쪽으로는 큰개자리 알파 별로, 온 하늘에서 가장 밝은 별인 시리우스가 시퍼런 빛을 흘리고 있다. 늑대 눈처럼 시퍼렇게 보이는 시리우스는 사실 쌍성으로, 그중 밝은 별은 태양보다 23배 더 밝다. 거리는 8.6광년. 동양에선 시리우스를 천랑성(天狼星), 곧 하늘 늑대 별이라 불렀다. ​ 너무나 다른 베텔게우스와 리겔​ 하지만 우리가 가장 주목해야 하는 별은 바로 오리온자리의 두 1등성인 베텔게우스와 리겔이다. 두 별은 같은 1등성이기는 하지만, 개성은 너무 다르다. 먼저 베텔게우스는 임종을 앞둔 늙은 별이지만, 리겔은 젊디젊은 주계열성 별이다. 태양을 비롯한 거의 모든 별은 수소 핵융합을 하는 주계열성이다. 별은 생애의 대부분을 주계열성으로 지내다가 마지막에는 백색왜성으로 쪼그라들든가, 초신성 폭발로 최후를 장식한다. 별의 최후를 결정짓는 것은 오직 한 가지, 바로 별의 덩치, 곧 질량이다. 청색 초거성인 리겔은 베타 별이지만 알파 별인 베텔게우스보다 더 밝다. 무려 태양 밝기의 12만 배나 된다. 온 하늘에서 마차부자리의 카펠라 다음 7번째로 밝은 별이다. 크기는 태양 크기의 약 80배이고, 지구로부터 거리는 860광년이다. 리겔과는 반대로 적색 초거성인 베텔게우스는 지름이 태양 크기의 900배나 된다. 만약 베텔게우스를 태양 자리에 끌어다 놓는다면 화성을 넘어 목성 궤도까지 잡아먹을 것이다. 변광성인 베텔게우스의 밝기는 태양의 50만 배, 거리는 640광년이다. 그런데 이 별은 지금 인류가 가장 주목하는 별이 되어 있다. 조만간 수명이 다해 초신성으로 폭발할 것으로 예상하고 있기 때문이다. 만약 이 별이 터진다면 폭발로 인한 빛이 지구가 형성된 이후 가장 밝은 빛으로 기록될 것으로 예상된다. 정확한 폭발 시점은 알 수 없으나, 우주 시간으로는 잠시인 100만 년 이내에 언제라도 가능하며, 2020년이 오기 전에 일어날 가능성도 있다고 한다. 물론 그런 일이 실제로 일어난다면 현장에선 이미 640년 전에 일어났던 일일 것이다. 640년 전이라면 이성계가 위화도에서 군사를 돌릴 때이다. 베텔게우스가 폭발한다면 지구에는 어떤 영향을 미칠까? 나이가 850만 년인 이 늙은 거성은 중심에서 연료가 소진되면 내부로부터 붕괴해 엄청난 폭발과 함께 마지막 빛을 발하게 된다. 이때 우리는 약 1~2주간 밤하늘에서 믿기 어려울 정도의 밝은 빛을 목격하게 될 것이다. 곧, 초신성 폭발하면서 발하는 빛은 몇 주일에 걸쳐 밤을 낮처럼 만들고 마치 하늘에 2개의 태양이 떠 있는 것과 같은 장면을 연출한다. 이후 몇 달간 서서히 빛이 사그라져 결국에는 성운이 될 것이다. 지구에서 워낙 멀리 떨어져 있어 지구가 직접 그 영향을 받을 가능성은 거의 없다고 한다. 그런데 초신성 폭발의 뒷이야기가 더욱 중요하다. 별이 수소로부터 시작해 철까지 만들면서 최후를 맞지만, 철보다 무거운 원소들은 모두 별이 폭발할 때 만들어지기 때문이다. 그래서 우리 몸을 이루는 원소들은 수소 외에는 모두 별 속에서, 그리고 별이 폭발할 때 만들어진 것들이다. 이것이 우주를 떠돌다가 태양계 초기 지구가 생성될 때 합쳐졌고, 이윽고 인간을 비롯한 생명체들을 빚어냈던 것이다. 우리 몸속의 철, 칼슘, 마그네슘, 인, 요오드 등이 다 그렇다. 이건 픽션이 아니라 팩트다. 그러니 별들이 초신성 폭발로 온몸을 아낌없이 우주 공간으로 흩뿌리지 않았더라면 우리 인간도 다른 생명체들도 존재하지 못했을 거란 얘기다. 이것이 바로 사람과 별의 관계, 인간과 우주의 관계인 것이다. 그래서 우리 고은 시인은, “소쩍새가 온몸으로 우는 동안/별들도 온몸으로 빛나고 있다/이런 세상에서 내가 버젓이 잠을 청한다(‘순간의 꽃’ 중에서)”고 노래했던 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

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

세계 슈퍼컴퓨터 순위는 매년 6월과 11월 ‘Top 500’이라는 웹사이트에 1위부터 500위까지 공개된다. 순위가 산정되는 방식은 고성능 컴퓨터용 수치해석 연산을 초당 얼마나 많이 처리하는가로 결정된다. 올해 11월 슈퍼컴퓨터 순위는 미국 솔트레이크에서 개최된 슈퍼컴퓨팅 학회에서 발표됐는데, 지난 6월에 이어 중국의 독주가 계속됐다. 상위권에서는 큰 변동이 없었으며, 10위권에 신규 진입한 슈퍼컴퓨터는 미국, 일본, 스위스의 것이었다. 지난 2년간 중국은 막대한 자금력을 바탕으로 세계 정상급의 슈퍼컴퓨터 보유 국가로 자리잡았다. 이는 미국에서 개발한 연산처리장치에 의존한 결과였다. 하지만 올해 6월 중국이 자체 기술로 개발한 슈퍼컴퓨터 ‘선웨이 타이후라이트’가 1위를 차지하면서, 중국은 자금력뿐만 아니라 기술력까지 겸비한 슈퍼컴퓨터 강국으로 발돋움했다. 슈퍼컴퓨터는 고도의 컴퓨터 과학기술이 집결된 결정체다. 슈퍼컴퓨터의 임무는 현실적으로 실험 불가능한 자연현상을 예측하는 데 있다. 예를 들면 기상 예측, 지진 예측, 단백질 접힘 분석, 핵융합 연구 등 도전적인 문제를 해결하기 위해 사용된다. 구조상으로 슈퍼컴퓨터를 쉽게 설명하자면 고성능 컴퓨터를 여러 대 연결한 것으로 볼 수 있다. 따라서 여러 대의 컴퓨터에서 동시에 계산을 해야 십분 활용할 수 있다. 이 분야를 고성능컴퓨팅(HPC)이라고 하며 주로 수학적인 벡터·행렬 연산을 여러 대의 컴퓨터에서 분산 처리하는 연구를 수행한다. 이번에 1위를 차지한 중국의 선웨이 타이후라이트는 총 4만 960대의 고성능 컴퓨터로 구성된다. 한 대의 고성능 컴퓨터에는 260개의 코어를 가지는 연산처리장치가 탑재되어 있다. 이 연산처리장치는 ‘선웨이26010’(Shenwei26010)라고 불린다. ‘Shenwei’라는 말은 우리말로 ‘신위’(神威)인데, 말 그대로 중국 자체 기술력으로 개발한 연산처리장치로서 신위를 떨치고 있다. 선웨이26010이 개발되기까지의 과정은 순탄치 않았다. 중국 정부가 11년간 끈기 있게 투자한 결실이라고 볼 수 있다. 우리나라 슈퍼컴퓨터는 기상청의 ‘미리’와 ‘누리’가 각각 46위, 47위를 차지하는 데 그치고 있다. 한국정보과학기술연구원 슈퍼컴퓨팅센터에서는 차세대 슈퍼컴퓨터 5호기 도입을 눈앞에 두고 있다. 또한 ‘국가 초고성능 컴퓨팅 활용 및 육성법’을 통해 슈퍼컴퓨터 자원 확보와 기술의 국산화에 힘을 쏟고 있다. 뒤처졌다고 포기할 것이 아니라 중국의 사례를 반면교사 삼아 끈기 있는 관심과 투자를 기대한다.

인간과는 비교할 수 없을 만큼 오래 살지만, 별 역시 수명이 있다. 과학자들은 인간의 짧은 수명 동안 별의 일생을 관측하기 위해서 다양한 과정에 있는 별을 관측한다. 태양 같은 별이 아기별에서 성숙한 주계열성이 된 후 적색 거성으로 마지막을 맞이해 백색 왜성이 되기까지는 100억 년의 시간이 걸리는 만큼 하나의 별에서 이 과정을 연구할 방법이 없기 때문이다. 대신 아기별, 주계열성, 적색 거성, 백색 왜성을 따로 관측하는 수밖에 없다. 지구에서 208광년 떨어진 L2 Puppis는 태양의 마지막 순간에 찾아올 적색 거성을 연구하는 과학자들에게 안성맞춤인 관측 대상이다. 태양은 현재 수소 핵융합 반응을 통해 에너지를 만들고 있지만, 50억 년 정도 후에는 중심부에 수소와 헬륨이 고갈되면서 핵융합 반응을 계속 유지할 수 없다. 핵융합 반응을 정지하고 최후를 맞이하기 전 별은 수백 배로 커지면서 적색 거성 단계에 이른다. 그런데 이 시점에 지구 같은 주변 행성은 어떻게 될까? 수성과 금성은 부풀어 오른 태양에 흡수될 가능성이 크다. 하지만 50억 년 후 지구의 운명은 다소 애매하다. 지구까지 흡수될지 아니면 흡수되지 않고 살아남아 백색 왜성이 된 태양 주변을 우주가 끝날 때까지 공전할지는 아직 분명하지 않다. 국제 천문학자 팀은 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA를 이용해서 L2 Puppis를 정밀 관측했다. 이 죽어가는 별 옆에 지구 같은 행성이 존재하기 때문이다. 이 행성은 지구-태양 거리의 두 배인 3억km 지점에서 모항성을 공전하고 있다. 그런데 적색 거성 단계에 이르면 별은 커지지만, 표면 중력이 약해지면서 상당량의 가스를 잃게 된다. 연구팀은 이 별이 가스의 1/3을 잃은 것으로 보고 있다. 그러면 별의 중력이 약해지면서 지구 같은 주변 행성의 공전 궤도도 멀어진다. 따라서 이 외계 행성은 사실 지구의 미래를 암시하는 셈이다. 다만, 아직 이 별이 삼켜지지 않고 공전을 해도 마지막 순간까지 생존할 수 있는지는 더 연구가 필요하다. 과학자들은 앞으로 연구를 통해 이 행성이 결국 삼켜질 것인지 아니면 백색 왜성 단계까지 살아남을 수 있을 것인지 알아낼 것이다. 물론 어느 쪽이라도 우리가 그 모습을 보게 될 가능성은 없다. 하지만 우리의 몸을 이뤘던 원자들이 죽어가는 태양으로 흡수되어 백색 왜성 일부가 될 것인지 아니면 절대 영도에 가까운 차가운 지구에 영원히 남게 될 것인지는 알 수 있을 것이다. 사진=CNRS / U. de Chile / Observatoire de Paris / LESIA / ESO / ALMA　 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

“슬픈 광경이다. 저곳들에도 누군가 살고 있다면, 얼마나 많은 비극과 어리석음이 있을 것인가. 저곳들에 아무도 살고 있지 않다면, 이 얼마나 심각한 공간의 낭비인가.” 영국의 비평가이자 역사학자인 토머스 칼라일(1795~1881)은 ‘여러 세계들에 관하여’라는 글을 통해 밤하늘의 별을 보며 느낀 감정을 이렇게 표현했다. 인문학자인 칼라일의 이런 생각은 현대 천문학과 우주생물학에서 중요한 연구 주제로 자리잡고 있다. ●英에딘버러대 연구진 논문 초안 온라인판 공개 우주생물학(astrobiology)은 지구를 포함한 우주에서 생명의 기원과 본성, 진화를 연구하는 학문으로 최근 급속히 발전하고 있는 분야다. 지구상 생명의 기원에 관한 지식을 바탕으로 태양계의 주요 행성과 위성에 우주선을 보내 우주의 화학적, 물리적 구조를 탐구한다. 천문학 기술을 이용해 생명체가 살 수 있는 행성도 찾고 있다. 우주생물학에서 중요한 질문은 ▲생명이 거주할 수 있는 세계는 얼마나 많을까 ▲생물학은 지구에서만 타당할까 ▲우주 어딘가에 지적이며 소통 가능한 문명이 있는가, 이 3가지이다. 과학자들은 우주에 생명체가 생기기 위해서는 태양 같은 별과 일정 거리를 유지하는 곳에 별이 있어야 한다고 가정하고 있다. 생명이 시작되려면 물이 필수적이고, 어느 정도 일정 온도가 유지돼야 하기 때문이다. 또 해가 두 개인 쌍성은 그 주변을 도는 행성 궤도가 불안정해서 일정한 환경을 유지하지 못할 수 있기 때문에 생명체 거주 환경 후보에서 제외되는 경우가 많다. 결국 지구와 유사한 환경을 갖추고 있어야 생명체가 탄생하기 쉽다는 것이 지금까지 과학자들의 판단이었다. 그렇지만 영국 에든버러대 물리천문학부와 천문학연구소 연구진이 외계 생명체가 지구와 유사한 형태의 행성이 아닌 갈색 왜성(brown dwarf)에서 발견될 가능성이 높다는 연구 결과 발표를 준비하고 있다. 천문학 분야 국제학술지 ‘천체물리학 저널’도 이번 연구의 중요성을 감안해 논문 초안을 지난달 29일(현지시간)에 온라인판으로 공개했다. 갈색 왜성은 지구나 화성 같은 행성보다는 크지만 항성(별)보다는 질량이 작고 가시광선 영역의 빛을 내지 못하는 천체다. 보통 질량은 태양의 약 0.07~0.09배 크기이며 질량이 작기 때문에 다른 항성들처럼 안정적으로 수소핵융합을 한다. 이 때문에 표면 온도가 낮아 진홍색 또는 갈색의 약한 빛을 내는 것으로 알려졌고 직접 관측된 적은 없으며 간접적인 방법으로만 존재를 파악하고 있는 별이다. 연구진은 2013년 7월 지구로부터 7광년 떨어져 있는 곳에서 발견된 갈색 왜성 ‘WISE 0855-0714’를 분석한 결과 물을 머금은 구름이 존재한다는 것을 알게 됐다. 이를 바탕으로 공기 중에 떠다니면서 살 수 있는 미생물의 크기와 밀도, 수명 전략 등을 계산했다. 연구진에 따르면 갈색 왜성의 상층 대기는 지구의 온도와 압력이 비슷하게 존재하기 때문에 열(熱)상승 기류에 떠다니는 미생물이 생기기 충분하다는 것이다. 연구를 주도한 행성과학자인 잭 예이츠 에든버러대 지구과학과 교수는 “이번 연구는 외계 생명체가 살 수 있는 거주 영역을 확장해서 봐야 한다는 아이디어를 제시하고 있다”며 “생명체가 꼭 지표면에 붙어서 살아야 한다는 원칙은 없다”고 강조했다. 외계 생명체들은 지구에 살고 있는 사람이나 동식물들처럼 지표면에 발을 딛고 사는 것이 아니라 물속을 떠다니는 해파리처럼 대기를 떠다닐 수 있다는 것이다. ●연구진 “외계생명체 거주영역 확장해서 봐야” 이번 연구결과를 공상과학(SF)영화나 소설에서 나오는 이야기로 치부할 수 없다. 생물학계에서는 지구에서도 상층 대기에 바람을 따라 움직이는 미생물을 확인한 바 있기 때문이다. 이를 바탕으로 유명한 미국의 천문학자 칼 세이건은 1976년에 목성의 약한 대기권에서 햇빛을 먹이 삼아 진화하는 생태계를 예측하고 ‘싱커’(sinker)라는 부유 플랑크톤의 존재를 상상하기도 했다. 세이건은 외계 생명체는 물고기가 부레를 이용해 움직이는 것처럼 자신의 몸속 공기의 압력을 조절해 공기 속을 오르락내리락하며 움직일 것이라고 주장하기도 했다. 영국 세인트앤드루스대의 우주생물학자 던컨 포건 교수는 “이번 연구 결과에서 보듯이 우리가 상상할 수 있는 범위를 뛰어넘는 생명체가 우주 어딘가에 있을 가능성은 항상 열어 둬야 한다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

수소는 우주에서 가장 흔한 물질이다. 동시에 별의 주요 구성 원소이기도 하다. 고온 고압 환경에서 발생하는 수소 핵융합 반응은 별을 빛나게 만드는 원동력이다. 하지만 우주에 수소가 없는 별이 있다면 어떨까? 우리의 상식을 거스르는 매우 괴상한 일이지만, 천문학자들은 관측을 통해서 실제로 그런 별이 존재할 수 있다는 사실을 알고 있다. 초신성 가운데서도 매우 밝은 초신성을 ‘극초신성’(Superluminous Supernovae·SLSNe)이라고 부르는데, 이 가운데는 수소가 거의 없는 SLSNe-I형(hydrogen poor) 초신성이 존재하기 때문이다. 초신성은 태양보다 훨씬 무거운 별이 최후의 순간에 폭발하면서 여러 원소를 방출하는 것이다. 보통 초신성 폭발의 순간에도 우주에서 가장 흔한 원소인 수소는 풍부하게 존재한다. 그런데 왜 일부 초신성에서 수소를 발견할 수 없을까? 노르웨이의 카블리 우주물리·수학연구소(Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe·Kavli IPMU)의 과학자들은 시뮬레이션을 통해서 이를 설명할 수 있는 가설을 검증했다. 보통 별이 처음 생겼을 때는 중심부에 수소가 풍부해 수소를 헬륨으로 바꾸는 수소 핵융합 반응이 일어난다. 하지만 시간이 지나면서 중심부에는 헬륨 같은 무거운 원소가 쌓이게 된다. 그리고 충분한 압력과 온도가 있으면 이 헬륨을 연소시켜 핵융합 반응이 발생한다. 이렇게 발생한 산소와 탄소도 다시 핵융합 반응의 원료가 될 수 있다. 무거운 별의 경우 이런 방식으로 철보다 가벼운 원소가 대량으로 생산된다. 최후의 순간에는 별의 중심부에는 무거운 원소부터 차례로 층을 형성해 마치 양파 같은 구조가 된다. 연구팀은 SLSNe-I형 초신성이 이런 과정을 거쳐 수소를 대부분 소진할 뿐 아니라 남은 수소를 항성풍의 형태로 주변으로 모두 방출한다고 주장했다. 그러면 별의 외곽 층에는 헬륨만 남게 되며 사실상 수소가 없는 별이 탄생하게 된다. 하지만 이 상태에 도달하면 사실 폭발이 임박한 것이다. 초신성 폭발 몇 년 전에 이 거대 별은 주변으로 헬륨을 방출하며 이렇게 방출된 헬륨은 고리를 형성한다. 그리고 초신성 폭발 시에는 이 헬륨 고리만 확인되고 수소의 존재는 확인할 수 없다. (개념도 참조) 우주에는 우리의 상상보다 훨씬 다양하고 독특한 별이 존재한다. 우리의 상식과 반대되는 SLSNe-I형 초신성 역시 그중 하나일 뿐이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

2013년 개봉한 SF영화 ‘그래비티’는 우주 왕복선에 탑승한 두 명의 과학자가 인공위성을 수리하기 위해 우주 공간에서 작업하는 장면으로 시작된다. 영화를 보면서 누구나 ‘지구의 궤도에 존재하는 인공위성의 수는 얼마나 되며, 수명은 얼마일까?’, ‘인공위성이 우주 공간에서 고장 나면 어떻게 하지?’ 같은 궁금증이 생겼을 것이다. 실제 지구 궤도상의 인공위성 수는 2500기가 넘지만 정상적으로 운용되는 것은 절반에도 못 미친다. 우리나라는 1992년부터 지난해까지 18개의 인공위성을 쏘아올렸고 현재는 9기를 운영하고 있다. ‘무궁화’나 ‘천리안’ 같은 대형 정지궤도 인공위성은 12~20년, ‘우리별’ 같은 저궤도 인공위성은 3~7년 정도의 수명을 갖고 있다. 인공위성의 고장은 태양에서 방출되는 고속입자로 인한 태양전지 손상, 주요 부품 고장, 우주 방사선으로 인한 장애가 주요 원인이다. 태양에서는 끊임없이 핵융합 반응이 일어나고 그 핵융합 반응으로 인해 태양의 표면에서 초속 수백~수천㎞의 입자들이 우주로 방출된다. 이렇게 방출된 입자들이 지구 궤도를 돌고 있는 인공위성들에 작용해 고장이나 오류를 일으키는 것이다. 수백억원의 예산을 들여 개발한 인공위성을 고장 없이 오랫동안 안정적으로 운용하기 위해서는 우주 방사선에 강한 반도체 소자 개발, 오래 가는 태양전지 개발, 우주 방사선 차폐 물질과 방법 개발 등의 연구가 필수적이다. 이 때문에 미국항공우주국(NASA)도 오래전부터 브룩헤이븐 국립연구소의 대형 입자 가속기에 시험시설을 갖추고 연구를 하고 있다. 우리나라는 경주 양성자가속기연구센터에서 100MeV(메가전자볼트)급 양성자 가속기를 이용한 우주 방사선 시험시설을 내년 하반기부터 가동할 예정이다. 이곳의 양성자 가속기는 초당 약 12만조개 이상의 양성자를 동시에 100MeV로 가속할 수 있는 장치인데 100MeV 양성자는 광속의 43% 수준인 초속 13만㎞의 속도를 갖게 된다. 양성자 가속기는 우주 방사선의 대부분을 차지하고 있는 양성자가 인공위성에 미치는 영향을 분석하기 위해 사용되고 있다. 이 시험에서 빠른 속도로 가속된 양성자가 인공위성에 사용되는 재료와 부딪치면 물질을 통과하면서 에너지를 전달해 구성 원자 간의 결합을 끊어 변형이나 손상을 유발하게 된다. 인공위성의 핵심 부품인 반도체 소자의 경우 오작동이 유발되거나 수명이 단축된다. 이런 원리로 우주 방사선이 재료와 부품에 미치는 영향을 시험하고, 인공위성의 내구성과 수명을 개선할 수 있게 된다. 지상에서 양성자 가속기를 이용한 우주 방사선 연구는 인간이 더 먼 우주에서 오랜 기간 안전하게 지낼 수 있는 방법을 찾는 데 기여하게 될 것이다.