8 2월 2025

[천체물리 – 우주(과학)] [표지로 읽는 과학] 소행성 138개 발견…지구 충돌 위험 행성 포함

[천체물리 – 우주(과학)] [표지로 읽는 과학] 소행성 138개 발견…지구 충돌 위험 행성 포함

[표지로 읽는 과학] 소행성 138개 발견…지구 충돌 위험 행성 포함

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네이처 제공

네이처 제공

국제학술지 ‘네이처’는 이번 주 표지로 우주 공간에 흩어진 수많은 소행성을 탐지하는 첨단 우주망원경 기술을 표현한 이미지를 실었다. 표지 오른편에는 ‘보이지 않는 광경(SIGHT UNSEEN)’ 이란 문구가 보인다. 그간의 기술로 확인할 수 없었던 우주의 행성들을 알 수 있게 됐음을 의미한다.

소행성을 탐지하고 추적하는 것은 지구를 우주 충돌 위험으로부터 보호하기 위해 중요하다. 기존 가시광 관측 기술로 직경 1km 이상의 대형 소행성은 비교적 쉽게 발견할 수 있지만 지름이 10m 이하인 작은 소행성은 찾기 어렵다. 크기가 너무 작아 빛을 적게 반사하며 빠른 속도로 이동하기 때문에 포착하는 것이 쉽지 않다.

줄리앙 위트 미국 메사추세츠공대(MIT) 교수 연구팀은 최신 우주 관측 기술을 사용해 기존 탐지 기술로는 확인되지 않았던 새로운 소행성 138개를 발견하고 연구 결과를 네이처에 5일(현지시간) 발표했다. 네이처는 “근지구천체(Near-Earth Objects·NEO) 및 충돌 가능성이 있는 천체를 추적하는 데 중요한 성과”라고 평가했다. 소행성의 크기와 궤도를 정밀하게 파악해 행성 방어 전략을 강화하는 데 기여할 것으로 기대된다고도 덧붙였다.

연구팀은 제임스웹 우주망원경(JWST)의 적외선 관측 기술과 합성 추적기법을 결합했다. JWST는 기존 가시광 망원경과 달리 적외선을 활용해 소행성의 열 방출을 감지한다. 적외선은 소행성의 반사율에 영향을 받지 않아 크기와 거리를 보다 정확하게 측정할 수 있다.

이를 통해 발견되지 않았던 작은 소행성 138개를 포착하는 데 성공했다. 이중 일부는 지구와 충돌 가능성이 있는 천체로 분류됐다. 지름이 10m 정도인 소행성들도 확인했다. 이들 소행성은 ‘니사’, ‘폴라나’, ‘마살리아’ 등 주요 소행성군에 속하는 것으로 분석됐다. 특히 발견된 소행성 중 ‘2024 YR4’은 지구와 충돌할 가능성이 높은 것으로 분석됐다.

소형 소행성 관측이 중요한 이유는 이들이 지구와 충돌할 위험이 높기 때문이다. 일반적으로 100km 이상의 대형 소행성은 태양계 형성 이후에도 주요 소행성대에서 크게 벗어나지 않는다. 반면 지름이 수 백m 이하인 소형 소행성은 시간이 지나면서 지구 궤도로 이동할 가능성이 있다.

연구팀은 소행성의 크기와 궤도를 더욱 정밀하게 분석하기 위해서는 지속적인 후속 연구와 장기적인 데이터 축적이 필요하다고 강조했다. 향후 추가 관측을 통해 더 많은 새로운 소행성을 확인하고 지구와 충돌할 가능성이 있는지 분석할 계획이다. 발견된 소행성의 화학적 조성 분석을 통해 운석과의 연관성을 연구하고 태양계 초기 형성과정에 대한 단서를 찾는 연구도 함께 진행할 예정이다.

<참고 자료>
– doi.org/10.1038/s41586-024-08480-z

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1 2월 2025

[천체물리 – 우주(과학)] [표지로 읽는 과학] 손상 없이 지구에 온 소행성 ‘베누’ 샘플

[천체물리 – 우주(과학)] [표지로 읽는 과학] 손상 없이 지구에 온 소행성 ‘베누’ 샘플

[표지로 읽는 과학] 손상 없이 지구에 온 소행성 ‘베누’ 샘플

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네이처 제공

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이번 주 국제학술지 ‘네이처’에는 소행성 베누에서 가져온 샘플에 담긴 나트륨 광물의 이미지가 실렸다. 보라색으로 표시한 것이 나트륨이 포함된 광물이다.

미국 항공우주국(NASA)은 2023년 소행성 탐사선인 ‘오시리스-렉스(OSIRIS-REx)’를 베누에 보내 샘플을 채취하는 임무를 수행했다. 오시리스-렉스는 총 121.6g의 베누 표면 샘플을 채취한 뒤 밀봉 과정을 거쳐 지구로 복귀했다.

이 임무의 최고 업적 중 하나는 샘플이 손상되지 않은 상태로 지구에 전달됐다는 점이다. 지구로 가져오는 과정에서 오염되거나 분해되지 않도록 섬세한 보관 과정을 거친 것이다. 이러한 보관의 결실이 이번주 네이처 논문으로 발표됐다.

T.J. 맥코이 미국 워싱턴 국립자연사박물관 광물과학부 운석큐레이터 연구팀은 베누의 샘플에서 나트륨이 포함된 광물을 발견했다고 29일(현지시간) 네이처에 발표했다.

베누의 역사 초기에 존재했던 소금물에서 물이 증발하면서 남게 된 인산 나트륨, 탄산염, 황산염, 염화물, 불소 등이 샘플에서 발견됐다. 이 광물들은 지구 대기로 진입하는 과정에서 타거나 오염되지 않은 상태로 깨끗하게 운반됐다.

NASA 고다드 우주비행센터 등 국제 공동 연구팀이 같은날 네이처에 발표한 논문에서는 베누 샘플에 33종의 아미노산이 담겨 있으며 이 중 14종은 단백질 합성 시 사용할 수 있는 종류라는 점이 확인됐다. 19종은 지구에 거의 없거나 기존에 발견되지 않았던 종류였다.

DNA를 구성하는 염기인 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민과 RNA에서 발견되는 유라실도 포함돼 있었다. 연구팀은 “베누와 같은 소행성들은 지구를 비롯한 여러 천체에 생명체를 구성하는 원재료를 전달하는 역할을 했을 것”이라며 소행성 파편을 통해 지구 생명체가 탄생했을 가능성을 시사했다.

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3 1월 2025

[알아봅시다] 세상에서 가장 재미있는 과학 시상식…2024 이그노벨상

[알아봅시다] 세상에서 가장 재미있는 과학 시상식…2024 이그노벨상

세상에서 가장 재미있는 과학 시상식…2024 이그노벨상

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2024 Ig Nobel 제공

2024 Ig Nobel 제공

● 드디어 돌아왔다! 이그노벨상 현장 시상식

“무엇보다 안전이 중요합니다. 비상구 위치를 확인하고 당신이 아이가 아니라면 다른 사람 위에 앉지 마세요. 오리에게 먹이를 주거나 오리를 쫓아다니거나 오리를 먹지 마세요. 자 그럼 이제 34번째 이그노벨 시상식을 시작하겠습니다.”

9월 12일 미국 매사추세츠공대의 한 강의실에서 키이스 뮬러 박사가 34번째 이그노벨 시상식 개최를 알렸습니다. 뮬러는 2003년에 죽은 청둥오리 연구로 이그노벨 생물학상을 받은 수상자예요. 이그노벨상은 매년 가을 노벨상 발표 2주전에 열리는 특별한 시상식으로 미국 유머과학잡지 ‘기발한 연구 회보’에서 만들었습니다.

카이스 뮬러 박사. 2024 Ig Nobel 제공

카이스 뮬러 박사. 2024 Ig Nobel 제공

이그노벨상은 매년 사람들을 웃게 하고 그다음에 생각하게 만드는 연구를 선정해 상을 줍니다. 이그노벨상의 창시자인 마크 에이브러햄스는 위대한 연구도 처음에는 무시당하거나 우습게 여겨졌던 경우가 있다는 사실에 주목했어요.

실제로 안드레 가임 영국 맨체스터대 교수는 2000년에 이그노벨상을 받은 뒤 2010년에 노벨물리학상을 받았습니다. 이그노벨상은 개구리 공중부양 연구로, 노벨상은 그래핀 연구로 받은 거긴 하지만요.

노벨과 이그노벨의 다른점. 어린이과학동아 제공

노벨과 이그노벨의 다른점. 어린이과학동아 제공

이그노벨 시상식은 매년 주제를 정해서 진행됩니다. 올해 시상식 주제는 머피의 법칙이었어요. 머피의 법칙은 ‘잘못될 만한 일이 있다면 그 일은 반드시 잘못된다’는 뜻의 심리학 용어입니다. 이전 수상자들이 24초 동안 머피의 법칙과 관련된 개념을 설명한 뒤 딱 7개의 단어로 요약하는 ’24/7’ 강연을 진행했어요. 24초를 넘기면 가차없이 말을 끊어 웃음을 자아냈습니다.

2024 이그노벨 트로피 - 상금(약 530원)과 함께 전달된 트로피. 머피의 법칙과 관련있을 수도 있는 물건이 든 투명한 상자다. 열리지는 않는다. 2024 Ig Nobel 제공

2024 이그노벨 트로피 – 상금(약 530원)과 함께 전달된 트로피. 머피의 법칙과 관련있을 수도 있는 물건이 든 투명한 상자다. 열리지는 않는다. 2024 Ig Nobel 제공

또 올해의 트로피는 ‘머피의 법칙과 관련이 있을 수도 있는’ 물건이 담긴 플라스틱 상자였는데 누군가 시상 후 무대에 놓고 가버리는 바람에 진행자가 범인찾기에 나서기도 했습니다. 상품이 마음에 안 들어도 피할 수는 없었답니다.

죽은 송어보다 살아있는 송어가 더 많이 움직인다는 내용의 물리학상, 부작용이 심한 가짜약이 부작용이 없는 가짜약보다 효과적이라는 내용의 의학상 등 기발한 연구로 가득했던 2024 이그노벨상 수상 연구들을 지금부터 소개합니다.

○ 2024 이그노벨상 통계학상. 동전 350757번 던지고 알아낸 것은?

● 몸으로 확인한 동전 던지기 가설

동전을 던져 앞면이 나올 확률은 얼마일까요. 미국의 수학자 디아코니스가 세운 가설에 따르면 동전이 시작 면과 같은 면으로 떨어질 확률은 다른 면으로 떨어질 확률보다 약간 높아요. 하지만 이 가설이 아직 증명되지는 않았습니다.

프란티셰크 바르토시 네덜란드 암스테르담대 심리학적방법론 박사과정생은 직접 동전을 수십만 번 던져서 가설을 확인하기로 했어요. 충분한 데이터를 모으기 위해 바르토시는 친구들을 모아 동전 던지기 마라톤을 여러 차례 열었습니다.

총 48명이 참여해 81일 동안 650시간 동전 던지기를 한 결과, 처음 위로 향했던 면이 1% 정도 더 많이 나온다는 걸 알아냈다. 2024 Ig Nobel, Frantisek Bartos 제공

총 48명이 참여해 81일 동안 650시간 동전 던지기를 한 결과, 처음 위로 향했던 면이 1% 정도 더 많이 나온다는 걸 알아냈다. 2024 Ig Nobel, Frantisek Bartos 제공

48명이 35만757번 동전을 던진 결과 처음 면과 같은 면이 나올 확률은 50.8%였습니다. 현실에서 동전을 던질 때 앞면이나 뒷면이 나올 확률은 완전히 무작위하지 않고 처음 보였던 면이 다시 나오는 경우가 조금 더 자주 있는 거예요.

연구팀은 공중에 던진 동전이 완벽하게 돌지 않고 약간 비틀리면서 돌아서 이론적인 확률에 딱 떨어지지 않는 것으로 추정했습니다. 바르토시는 “이 연구가 일상에 특별히 변화를 불러오진 않을 것”이라면서도 “미세한 물리 법칙이 우리에게 영향을 미친다는사실을 보여준다”고 말했습니다.

○ 2024 이그노벨상 해부학상. 가마 방향은 태풍의 영향을 받을 수도 있지만, 아마 아닐 것이다” – 로만 콘사리

사람의 정수리를 보면 머리카락이 양쪽으로 나뉘는 지점이 있는데 이를 ‘가마’라고 합니다. 로만 콘사리 프랑스 파리시립대 의대 교수팀의 연구 결과에 따르면 북반구 사람들의 가마는 시계 방향으로 남반구 사람들의 가마 방향은 반시계 방향으로 회전하는 경향이 있습니다.

콘사리는 사람들의 가마 방향이 다른 이유에 태풍과 같은 환경적 요인이 있을 수도 있다고 설명하다가 이렇게 덧붙였어요. “하지만 사실 그럴 가능성은 거의 없습니다.” 도대체 무슨 의미일까요.

2024 Ig Nobel 제공

2024 Ig Nobel 제공

Q. 수상 소식을 듣고 기분이 어떠셨나요.

“팀원들이 많이 생각났어요. 이 연구를 하는 동안 병원의 동료들이 우리 팀을 많이 놀렸거든요. 그런데 이렇게 인정받아 무척 자랑스러웠죠.”

Q. 왜 사람의 가마 방향을 연구하게 됐나요.

“환자의 머리를 수술하면서 가마를 자주 봐요.몇몇 유전 질환은 머리카락의 방향이랑 관련이 있거든요. 그런데 어느 날 동료인 윌렘스 박사의 쌍둥이 딸들의 가마가 같은 방향인 것을 보고 가마 방향이 유전적인 영향을 받는지 환경적 영향을 받는지 궁금해졌어요.”

가마 연구자. Roman Khonsari 제공

가마 연구자. Roman Khonsari 제공

Q.”태풍이 가마 방향과 관련있을 수도 있지만 아마 아닐 것”이라고 하신 이유는 뭔가요.

“태풍의 방향은 지구 자전에 영향을 받아요. 물체가 회전할 때 작용하는 힘을 ‘코리올리힘’이라고 하는데 지구가 자전하면서 생긴 코리올리힘이 바람이나 해류의 방향을 결정하죠. 저희는 남반구와 북반구 사람들의 가마 방향이 다른 이유에 환경적 요인이 있을 수 있다고 짐작했어요.

하지만 코리올리힘은 대규모 환경에서 작동하는 것이라 세포 수준의 사건에는 거의 영향을 미치지 않아요. 그러니까 이 가설이 맞을 가능성은 거의 없죠. 하지만 모든 발견에는 고유한 가치가 있답니다.”

○ 2024 이그노벨상 화학상. “술취한 벌레보다 맨정신인 벌레가 빠르다” – 앙투안 드블레

앙투안 드블레 네덜란드 암스테르담대 물리학과 교수팀은 술이 생물의 움직임에 미치는 영향을 알아내기 위해 독특한 실험을 설계했습니다. 술에 취한 벌레와 맨정신인 벌레에게 달리기를 시킨 결과 맨정신인 벌레가 훨씬 빨랐어요. 연구팀은 술취한 벌레의 활동성이 맨정신인 벌레보다 떨어진다고 설명했습니다.

술 취한 벌레 경주를 실험하는 모습. 2024 Ig Nobel, Antoine Deblais 제공

술 취한 벌레 경주를 실험하는 모습. 2024 Ig Nobel, Antoine Deblais 제공

Q. 이 연구 결과엔 어떤 의미가 있을까요.

“친구들과 경주한다고 생각해 보세요. 어떤 친구는 빨리 뛰고, 또 어떤 친구는 천천히 걸어요. 이 연구에서 벌레들은 달리기 선수들이에요. 우리는 벌레들을 술에 취하게 한 뒤 그들이 어떻게 움직이는지를 관찰했어요.

이를 통해 우리는 스스로 움직일 수 있는 것들이 어떻게 행동하는지 또 이런 움직임이 자연에서 어떻게 적용되는지에 대한 아이디어를 얻었어요. 물고기 떼나 새 떼가 어떻게 함께 움직이는지 이해하는 데도 쓰일 수 있죠. 그래서 과학적으로 아주 중요한 연구입니다.”

Q. 이그노벨상은 과학자에게 어떤 상인가요.

“이그노벨상은 과학의 창의성을 기념하는 상이에요. 연구가 재미있을 수 있다는 걸 상기시켜 주고 과학이 모두에게 열려 있다는 점을 다시 한번 생각하게 해요. 때로는 웃을 수 있는 연구가 중요한 발견으로 이어질 수도 있다는 사실을 보여주기도 합니다.”

Q. 이그노벨상을 꿈꾸는 어린이들에게 조언을 해주신다면.

“과학이 누구에게나 열려있다는 사실을 기억하세요. 여러분이 어리든 대학에 다니든 말든 상관없어요. 우리 연구팀의 테스는 23살 학생인데 집에서 대부분의 실험을 했어요. 항상 호기심을 유지하고 엉뚱해 보이는 질문도 두려워하지 마세요. 계속해서 실험하고 과학을 즐기다 보면 여러분의 실험이 이그노벨상을 받을 날이 올지도 몰라요.”

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27 12월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] 태양과의 ‘키스’…NASA 탐사선, 시속 69만㎞로 610만㎞ 거리 역대 최근접 [아하! 우주]

[천체물리 – 우주(과학)] 태양과의 ‘키스’…NASA 탐사선, 시속 69만㎞로 610만㎞ 거리 역대 최근접 [아하! 우주]

태양과의 ‘키스’…NASA 탐사선, 시속 69만㎞로 610만㎞ 거리 역대 최근접 [아하! 우주]

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[서울신문 나우뉴스]

태양을 탐사하는 파커 솔라 프로브의 가상 그래픽 이미지. Applied Physics Lab and NASA Goddard Space Flight Center

태양을 탐사하는 파커 솔라 프로브의 가상 그래픽 이미지. Applied Physics Lab and NASA Goddard Space Flight Center

미 항공우주국(NASA)의 태양탐사선 ‘파커 솔라 프로브’(Parker Solar Probe·이하 PSP)가 역대 어느 우주선보다 태양에 가장 가깝게 또한 가장 빠르게 비행하는 역사를 만들었다. 지난 24일(현지시간) NASA 측은 이날 PSP가 태양 표면 기준 약 610만㎞까지 최근접 비행했으며 속도는 시속 69만 2000㎞를 기록했다고 발표했다. 이 정도 속도면 미국 워싱턴 DC에서 서울까지 1분 남짓이면 올 수 있으며 610만㎞ 거리면 태양과 수성 거리보다 10배는 더 가깝다.

태양을 탐사하는 PSP의 가상 그래픽 이미지. NASA

태양을 탐사하는 PSP의 가상 그래픽 이미지. NASA

니콜라 폭스 NASA 과학미션 총책임자는 “PSP가 우리가 기획한 임무를 달성했다”면서 “우리는 별의 대기를 통과하는 미지의 세계로 들어가고 있다”고 자평했다. 다만 이번 PSP의 태양 근접비행 성공 여부가 완전히 확인된 것은 아니다. 현재 PSP가 태양 인근에 있어 통신이 두절돼 27일에서야 신호를 받을 수 있다. 또한 이번 근접비행 과정에서 얻은 데이터는 1월 초에나 지구로 전송될 예정이다.

2020년 7월 PSP가 금성을 플라이바이하며 촬영한 금성 모습. NASA/APL/NRL

2020년 7월 PSP가 금성을 플라이바이하며 촬영한 금성 모습. NASA/APL/NRL

사실 PSP는 이번을 포함 총 22차례의 태양 근접비행을 통해 점점 더 빠르게 더 가깝게 태양에 근접했다. PSP가 상상하기 힘들 정도의 빠른 속도로 태양 궤도를 선회하는 이유는 태양의 가공할 중력을 버티기 위해서다. 이를 위해서는 ‘인류의 힘’ 만이 아닌 ‘우주의 도움’도 필요하다. 바로 ‘중력도움’으로 불리는 ‘플라이바이’(fly-by)인데 행성궤도를 근접통과하면서 행성의 중력을 훔쳐 가속을 얻는 방법이다. PSP가 중력도움을 얻는 대상은 금성으로 지난달 6일 최근접해 힘을 얻었다.

한편 2018년 8월 12일 발사된 PSP는 총 24번의 태양 근접비행을 수행할 예정으로 미션 이름도 ‘태양을 터치하라!’(Touch the Sun)이다. 특히 PSP는 태양에 매우 가까이 다가가기 때문에 강력한 열에너지에서 탐사선을 보호할 수 있는 두꺼운 쉴드를 가지고 있다. 다만 오랜시간 복사열을 견디지 못하기 때문에 긴 타원궤도를 돌면서 금성과 태양 주변을 부지런히 오가고 있다.

PSP가 태양을 탐사하는 모습을 영상으로 만든 가상 그래픽 이미지. NASA

PSP가 태양을 탐사하는 모습을 영상으로 만든 가상 그래픽 이미지. NASA

PSP의 임무는 그간 베일에 쌓여왔던 수많은 태양의 비밀을 푸는 것이다. 대표적으로 태양 대기인 코로나가 태양 표면 온도보다 수백 배 더 높은 이유와 태양풍의 비밀이다. 태양은 ‘태양 플라스마’라 불리는 태양풍을 내뿜는데 당연히 지구를 포함한 태양계 천체는 이 영향을 받는다. 태양풍은 어떨 때는 엄청난 에너지를 뿜어내는데 이 경우 GPS 등 통신 시설이 마비되는 등 지구에 커다란 영향을 미친다. PSP의 23번째 비행은 내년 3월 22일, 마지막으로 예정된 24번째는 내년 6월 19일에 이루어진다.

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11 12월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] “우주, 기존 예측보다 빠르게 팽창할 수도”

[천체물리 – 우주(과학)] “우주, 기존 예측보다 빠르게 팽창할 수도”

“우주, 기존 예측보다 빠르게 팽창할 수도”

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우주를 나타낸 이미지. 게티이미지뱅크

우주를 나타낸 이미지. 게티이미지뱅크

우주가 기존에 예측한 것보다 더 빨리 가속팽창하고 있다는 연구결과가 나왔다.

2011년 노벨물리학상 수상자인 아담 리스 미국 존스홉킨스대 교수팀이 제임스웹우주망원경(JWST) 관측 결과를 통해 계산한 우주 팽창률이 우주배경복사를 토대로 예상했던 우주 팽창률보다 크다는 사실을 확인하고 연구결과를 9일(현지시간) 국제학술지 ‘천체물리학저널’에 발표했다.

우주 팽창률을 계산할 때 사용하는 값은 허블상수다. 미국 천문학자 에드윈 허블이 우주가 팽창한다는 발견을 학계에 보고하면서 우주의 팽창 속도를 계산할 때 제시한 값이다. 허블상수는 우주가 팽창하는 속도를 나타내며 우주 나이와 반비례한다. 하지만 천문학계에는 허블상수에 관한 난제가 있다. 우주를 관측하는 방식에 따라 허블상수가 다르게 측정되는 문제를 뜻하는 ‘허블 텐션’이다.

우주의 팽창을 파악하는 일반적인 방법은 크게 두 가지다. 하나는 다양한 거리에 놓인 여러 은하들이 각각 얼마나 빨리 멀어지는지 후퇴 속도와 거리를 비교하는 것이다. 은하의 실제 움직임을 관측해서 구하는 방법이다.

또 다른 하나는 빅뱅 이후 우주 전역에 남은 ‘우주배경복사’의 분포를 파악하는 방법이다. 물론 우주를 구성하는 ‘암흑물질’과 ‘암흑에너지’의 비율이 각각 다르게 설정된 우주론 모델을 적용하면 같은 우주배경복사에 기반했더라도 허블상수는 조금씩 바뀐다.

문제는 두 방법으로 예측한 허블상수가 다르다는 것이다. 두 번째 방법으로 최근 측정한 허블상수는 메가파섹(Mpc·1pc은 약 3.26광년)당 약 67km/s이다. 1메가파섹(약 300만 광년) 떨어져 있는 은하들이 67km/s의 속도로 서로 멀어지고 있다는 뜻이다. 첫 번째 방법으로 측정한 값은 약 73km/s/Mpc이다. 1990년 허블 우주망원경이 우주로 발사되면서 은하들의 후퇴 운동을 정밀하게 측정하기 시작해 이 값을 얻었다.

리스 교수팀은 제임스웹우주망원경을 활용한 2년 간 관측 데이터를 분석해 허블상수를 72.6km/s/Mpc라고 산출했다. 이는 은하들의 후퇴 운동을 계산한 첫 번째 방법과 유사한 결과지만 우주배경복사 계산에 기반한 결과와는 다소 차이가 난다.

연구팀은 “(우주배경복사에 기반한) 기존 예측과의 불일치가 우연히 발생했다고 보기 어렵다”면서 “이는 우주론 모델에서 중요한 요소가 누락되었을 가능성을 시사한다”고 설명했다. 우주배경복사에 기반해 허블상수를 계산하는 방법은 우주론 모델에 따라 값을 다르게 도출한다. 기존 우주론 모델이 우주를 이루는 암흑 에너지, 암흑 물질의 성질 등 예상치 못한 변수를 계산하지 못할 가능성이 있다는 것이다.

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9 12월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] 태양 질량 100억배···‘우주의 괴물’ 극대질량 블랙홀의 비밀 [아하! 우주]

[천체물리 – 우주(과학)] 태양 질량 100억배···‘우주의 괴물’ 극대질량 블랙홀의 비밀 [아하! 우주]

태양 질량 100억배···‘우주의 괴물’ 극대질량 블랙홀의 비밀 [아하! 우주]

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[서울신문 나우뉴스]

가스와 먼지로 둘러싸인 극대질량 블랙홀의 상상도. 출처=Robert Lea(created with Canva)/NASA

가스와 먼지로 둘러싸인 극대질량 블랙홀의 상상도. 출처=Robert Lea(created with Canva)/NASA

중력이 매우 커서 어떤 물질도 탈출할 수 없는 블랙홀이 모든 거대 은하의 중심에선 초대질량으로 숨어있을 것으로 과학자들은 예측한다. 초대질량 블랙홀은 수백만 또는 수십억 개의 태양과 같은 질량을 가졌고, 어떤 것은 태양질량의 100억 배 이상인 ‘극대질량 블랙홀’이 되기도 한다.

현재 밝혀진 가장 거대한 블랙홀은 피닉스 A로, 이 블랙홀이 존재하는 피닉스 성단 역시 지금까지 발견된 가장 무거운 성단 중 하나로 꼽힌다. 58억 광년 떨어진 피닉스 A의 질량은 태양의 1000억 배로 추산된다. 또 다른 거대 블랙홀은 약 10억 광년 떨어진 곳에 있는 토난친틀라 618(Ton 618)로, 태양 질량의 660억 배로 추정한다.

​피닉스 A와 Ton 618 같은 괴물 같은 극대질량 블랙홀이 과연 얼마나 더 커질 수 있는지, 그 한계가 과학자들의 오랜 궁금증이다.

프리얌바다 나타라잔 미국 예일대 천문물리학과 교수팀은 그 답을 찾았다고 발표했다.

​나타라잔은 “극대질량 블랙홀과 초질량 블랙홀은 각각 태양 질량의 100억 배, 1000만 배를 초과하는 블랙홀로 정의한다”며 “따라서 극대질량 블랙홀은 평균적으로 초질량 블랙홀보다 1만 배 더 무겁다”고 설명했다.

은하계 M87 중심부의 초질량 블랙홀과 그 그림자 이미지. 출처=EHT Collaboration

은하계 M87 중심부의 초질량 블랙홀과 그 그림자 이미지. 출처=EHT Collaboration

BDG, 극대질량 블랙홀이 숨는 최적의 장소나타라잔은 극대질량 블랙홀이 어디에 있는지 알아내기 위해 단서를 제시했다. 은하 중심에 품고 있는 초질량 블랙홀은 그 은하 내 별의 총질량과 상관관계가 있다는 것이다. “이러한 상관관계는 블랙홀이 성장하는 방식과 그 은하계에서 별이 형성되는 방식 사이에 깊고 심오한 연관성이 있음을 시사한다”는 게 나타라잔의 설명이다.

극대질량 블랙홀은 가장 많은 별을 품어 가장 밝은 은하계에 있어야 한다. ‘가장 밝은 중앙 은하계’(Brightest Cluster Galaxy, BCG)로 알려진 은하계 군집 중심에 있는 밝은 은하가 극대질량 블랙홀을 품기에 최적의 후보라는 의미다.

나타라잔은 ​“극대질량 블랙홀은 BCG의 중심에서 발견됐다. 놀라운 점은 모든 크기의 블랙홀이 본질적으로 우주 모든 곳에 흩어져 있다는 것이다”라고 전했다. 이어 “은하 하나가 블랙홀 집단 여럿을 품고 있고, 은하의 밝기에 따라 극대질량 블랙홀 또는 중심부에 초질량 블랙홀이 있다”면서 “중심에서 벗어나 분포하는 블랙홀은 초질량부터 더 낮은 질량까지 다양할 수 있다”고 덧붙였다.

NASA 애니메이션에서 우주의 가장 큰 블랙홀 중 일부를 강조한 스크린샷. 여기에는 약 600억 배 태양질량만큼 큰 TON 618이 포함된다. 출처=NASA

NASA 애니메이션에서 우주의 가장 큰 블랙홀 중 일부를 강조한 스크린샷. 여기에는 약 600억 배 태양질량만큼 큰 TON 618이 포함된다. 출처=NASA

‘식탐가’ 블랙홀, 질량의 한계를 짓는 방식은​은하계를 지배하는 우주의 괴물들은 무한 성장할 수는 없는 걸까? 그들에게 부과된 유일한 한계는 그들에게 가해지는 가스, 먼지, 별의 양과 그들이 ‘먹을’ 수 있는 시간의 양이다. 블랙홀은 실제로 스스로에 이러한 성장 한계를 부과한다.

나타라잔은 ​“가스가 은하 중심에서 흘러들어 초질량 블랙홀에 공급되지만 모든 가스가 초질량 블랙홀의 지평선까지 도달하여 흡수되는 것은 아니”라며 “일부만이 유입되고 나머지는 블랙홀에 의해 흩어진다. 블랙홀은 극도의 식탐가”라고 덧붙였다.

제트를 내뿜는 블랙홀 상상도. 초질량 블랙홀에 의해 구동되는 은하의 중심 활동 영역. 사진=출처: JAXA

제트를 내뿜는 블랙홀 상상도. 초질량 블랙홀에 의해 구동되는 은하의 중심 활동 영역. 사진=출처: JAXA

블랙홀에 떨어지지 않는 가스 일부는 강력하고 빠르게 분출되는 ‘천체물리학적 제트’로 폭발되며, 이는 은하 너머 수십 광년까지 뻗어나갈 수 있다.

이러한 유출은 주변 은하 블랙홀에서 더 멀리 떨어진 가스를 가열하고 변형시켜 별의 탄생에 직접적인 영향을 미친다. 나타라잔은 “별은 가스와 먼지 구름이 식고 응축될 때 형성되는데, 제트가 이 가스를 가열하고 응축을 제지해 별 형성을 막는다”고 설명한다.

제트의 작용은 가스를 은하 중심에서 밀어내 블랙홀로 흘러가는 물질의 ‘먹이 공급원’ 또한 차단하여 가스 유출을 자체적으로 조절한다. 이는 블랙홀 성장에 대한 자연스러운 순환과정을 시사한다.

나타라잔은 가스가 은하의 나머지 부분에서 중심 영역으로 흘러들 가능성이 없기 때문에 은하 내부 영역의 가스가 완전히 소모되면 블랙홀은 성장에 방해를 받는다고 밝혔다.

극대질량, 초질량, 항성질량 블랙홀의 질량 범위를 보여주는 다이어그램. 출처=Robert Lea(created with Canva)

극대질량, 초질량, 항성질량 블랙홀의 질량 범위를 보여주는 다이어그램. 출처=Robert Lea(created with Canva)

블랙홀이 성장하는 방식이나, 먹이 공급을 차단하고 성장을 저해하는 것으로 보이는 자연적 피드백 시스템을 고려할 때 초거대 블랙홀의 한계는 약 1000억 태양 질량이 된다.

나타라잔의 이론이 맞다면 피닉스 A는 우리가 지금까지 발견한 가장 거대한 블랙홀일 뿐만 아니라 우리가 발견할 수 있는 가장 큰 블랙홀일 수도 있다.

나타라잔 팀은 초거대 블랙홀과 항성 질량 블랙홀 사이의 블랙홀을 조사할 예정이다. 후자 그룹의 구성원은 태양보다 약 100배 더 무겁고 수명이 다한 거대한 별의 붕괴를 통해 형성된다. 초질량과 항성질량 사이의 흥미로운 집단은 ‘중간질량 블랙홀’로 알려져 있으며, 천문학자들이 이를 찾는 데 어려움을 겪었다.

나타라잔은 “초질량 블랙홀과 항성질량 블랙홀 사이의 격차를 메우겠다”면서 “태양 질량의 1000~1만배에 달하는 질량을 가진 중간질량 블랙홀이 많이 있어야 하는데, 우리는 지금 막 이를 발견하기 시작했다”고 밝혔다.

이 연구는 논문 저장소 사이트 아카이브(arXiv)에 게재됐다.

[출처] https://n.news.naver.com/mnews/hotissue/article/081/0003501710?cid=1017777&type=series&cds=news_media_pc

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22 11월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] [사이테크+] “16만 광년 밖 외부 은하 내 적색 초거성 확대 촬영 성공”

[천체물리 – 우주(과학)] [사이테크+] “16만 광년 밖 외부 은하 내 적색 초거성 확대 촬영 성공”

[사이테크+] “16만 광년 밖 외부 은하 내 적색 초거성 확대 촬영 성공”

입력 
수정2024.11.22. 오전 5:00
칠레 연구팀 “초신성 되기 전에 가스·먼지 내뿜는 별의 마지막 단계”

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 천문학자들이 16만 광년 떨어져 있는 우리은하(Milky Way) 밖의 외부 은하에서 초신성이 되기 전 마지막 단계에서 가스와 먼지를 뿜어내고 있는 적색 초거성을 처음으로 확대 촬영하는 데 성공했다.

처음으로 확대 촬영된 16만 광년 밖 외부 은하의 적색 초거성 'WOH G64'
유럽남방천문대(ESO) 초대형 망원경 간섭계(VLTI) 관측장비(GRAVITY)로 촬영된 16만 광년 밖 대마젤란운(Large Mage

처음으로 확대 촬영된 16만 광년 밖 외부 은하의 적색 초거성 ‘WOH G64’
유럽남방천문대(ESO) 초대형 망원경 간섭계(VLTI) 관측장비(GRAVITY)로 촬영된 16만 광년 밖 대마젤란운(Large Magellanic Cloud)의 적색 초거성(WOH G64). 이 별은 초신성이 되기 전 마지막 단계에서 가스와 먼지를 뿜어내고 있는 것으로 추정된다. [ESO/K. Ohnaka et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]

칠레 안드레스 벨로 대학 케이이지 오나카 교수팀은 과학 저널 천문학과 천체물리학(Astronomy and Astrophysics)에서 유럽남방천문대(ESO)의 초대형 망원경 간섭계(VLTI)를 이용해 16만 광년 밖 대마젤란운(Large Magellanic Cloud)에 있는 적색 초거성(WOH G64)을 확대 촬영했다고 밝혔다.

오나카 교수는 “VLTI의 높은 선명도 덕분에 가스와 먼지 등이 별을 타원형 고치처럼 둘러싸고 있는 모습을 발견, 촬영할 수 있었다”며 “이 별이 초신성 폭발 전에 물질을 급격히 방출하는 마지막 단계에 있는 것으로 보인다”고 말했다.

연구팀은 지금까지 천문학자들이 우리은하 내에 있는 별은 24개를 확대 이미지로 촬영해 그 특성을 밝혀냈으나 다른 은하에 있는 별들은 너무 멀리 떨어져 있어 자세히 관찰하는 게 사실상 어려웠다고 지적했다.

WOH G64는 우리은하를 공전하는 작은 은하 중 하나인 대마젤란운에 있는 태양 2천배 크기의 적색 초거성으로, 오나카 교수팀은 2005년과 2007년 VLTI로 이 별을 관측하는 등 관심을 기울였으나 실제 사진을 촬영하지는 못했다.

16만 광년 밖 외부 은하의 적색 초거성 'WOH G64' 상상도 
외부 은하의 별로는 최초로 근접 촬영된 WOH G64 상상도. 태양 2천배 크기의 적색 초거성인 이 별은 16만 광년 밖 대마젤란운(Large Ma

16만 광년 밖 외부 은하의 적색 초거성 ‘WOH G64’ 상상도
외부 은하의 별로는 최초로 근접 촬영된 WOH G64 상상도. 태양 2천배 크기의 적색 초거성인 이 별은 16만 광년 밖 대마젤란운(Large Magellanic Cloud)에 있으며, 별에서 방출된 먼지와 가스에 둘러싸여 있다. [ESO/L. Calçada 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 이 연구에서 새로 개발된 VLTI의 2세대 관측 장비 중 하나인 ‘그라비티'(GRAVITY)로 WOH G64를 촬영하고 이를 이전 관측 결과들과 비교해 별이 10년 동안 더 희미해졌다는 사실을 밝혀냈다.

논문 공동저자인 독일 막스 플랑크 전파천문학 연구소(MPIRA) 게르트 바이겔트 교수는 “10년 동안 이 별이 중대한 변화를 겪고 있다는 사실을 발견했다”며 “이는 별의 일생을 실시간으로 관찰할 수 있는 드문 기회를 제공한다”고 말했다.

연구팀은 WOH G64 같은 적색 초거성은 마지막 단계에서 수천 년에 걸쳐 바깥쪽 가스와 먼지층을 날려버린다면서 이 별은 그런 별 가운데 가장 극단적인 예일 수 있으며 급격한 변화를 통해 폭발적인 종말을 맞이할 수도 있다고 설명했다.

오나카 교수는 “별이 점점 희미해지고 있어 VLTI로도 확대 촬영하는 게 더 어려워지고 있다”며 “현재 계획 중인 ‘그래비티+'(GRAVITY+) 같은 개선된 장비로 계속 관측하는 것이 이 별의 미래를 이해하는 데 중요하다”고 말했다.

◆ 출처 : Astronomy and Astrophysics, Keiichi Ohnaka et al., https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202451820

scitech@yna.co.kr

[출처] https://n.news.naver.com/mnews/hotissue/article/001/0015061001?cid=1087298&type=series&cds=news_media_pc

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15 11월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] 5년 후 지구로 돌진하는 소행성 ‘아포피스’…지구 중력에 산사태 [아하! 우주]

[천체물리 – 우주(과학)] 5년 후 지구로 돌진하는 소행성 ‘아포피스’…지구 중력에 산사태 [아하! 우주]

5년 후 지구로 돌진하는 소행성 ‘아포피스’…지구 중력에 산사태 [아하! 우주]

입력
[서울신문 나우뉴스]

소행성 아포피스와 뉴욕 비교 그래픽 이미지. 사진=The Planetary Society

소행성 아포피스와 뉴욕 비교 그래픽 이미지. 사진=The Planetary Society

5년 후 지구를 향해 날아오는 소행성 아포피스에 대한 흥미로운 연구결과가 나왔다. 최근 미국 존스홉킨스 대학 응용물리학 연구소는 지구에 최근접한 아포피스가 지구 중력의 영향으로 진동과 산사태가 발생해 변형될 수 있다는 연구결과를 내놨다.

‘혼돈의 신’을 뜻하는 이집트 신화 속 아펩에서 이름을 따온 아포피스(Apophis)는 지름이 약 340m의 소행성이다. 지난 2004년 6월 처음 발견됐는데 최근까지 아포피스는 지구와 충돌 가능성이 가장 높은 소행성으로 꼽혀왔다. 이에 붙은 별칭 역시 ‘도시 파괴자’로 만약 지구와 직접 충돌한다면 지구 전체를 파괴하지는 못하지만 핵폭탄의 수십~수백 개가 폭발하는 것과 같아 반경 수백 ㎞를 흔적도 없이 사라지게 할 수 있다.

아포피스(Apophis)의 그래픽 이미지

아포피스(Apophis)의 그래픽 이미지

특히 천문학자들은 아포피스가 2029년 4월 지구와 최근접할 것으로 예상했는데, 놀랍게도 발견 당시만 해도 아포피스가 지구와 충돌할 확률을 무려 2.7%로 예측하기도 했다. 그러나 다행히 최근 연구결과 아포피스가 지구와 약 3만1860㎞ 거리를 두고 지나갈 것으로 예측돼 지구와 충돌할 가능성은 거의 없다. 다만 이 정도 거리도 지구와 달 사이의 약 12분의 1에 불과할 정도로 가깝다.

이번에 존스홉킨스 대학 연구팀은 아포피스와 유사한 소행성을 기반으로 시뮬레이션 모델을 만들어 지구를 스쳐 지나가는 아포피스의 물리적 변화를 예측했다. 연구를 이끈 로날드 루이스 발루즈 연구원은 “아포피스의 중력은 지구보다 약 25만 배나 작다”면서 “지구 중력으로 인해 지구와 가까워지기 1시간 전 부터 소행성에 지진과 같은 진동이 이어질 수 있다”고 설명했다.

지구를 향해 날아오는 아포피스의 궤적. 일부 인공위성보다도 지구와 가깝다. 이미지=NASA

지구를 향해 날아오는 아포피스의 궤적. 일부 인공위성보다도 지구와 가깝다. 이미지=NASA

이어 “이 진동이 얼마나 강할 지 말하기는 어렵지만 아포피스 표면의 바위를 우주로 내 보내 외형을 바꿀 수 있을 것”이라면서 “지구의 중력은 아포피스의 회전 패턴을 바꿀 수 있어 산사태를 촉발해 표면 아래에 있는 층이 드러날 수도 있다”고 덧붙였다.

한편 지구를 방문하는 아포피스를 가깝게 지켜볼 수 있는 희귀한 기회를 맞아 국제 협력도 커지고 있다. 앞서 지난 7월 부산 벡스코에서 개막한 우주분야 세계 최대 규모 국제 학술행사인 ‘국제우주연구위원회’(COSPAR·코스파)에서도 아포피스 탐사와 관련한 국제협력이 언급된 바 있다.

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8 11월 2024

[물리] 원자핵은 어떻게 생겼을까…고에너지 핵충돌로 첫 확인

[물리] 원자핵은 어떻게 생겼을까…고에너지 핵충돌로 첫 확인

원자핵은 어떻게 생겼을까…고에너지 핵충돌로 첫 확인

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수정2024.11.08. 오후 12:33
국제 공동 프로젝트 ‘스타콜라보레이션’ 성과 발표

우라늄 원자핵이 전자와 충돌하면서 입자를 방출하는 장면을 표현한 이미지. Chunjian Zhang/Fudan University 및 Jiangyong Jia/Stony Brook University 제공

우라늄 원자핵이 전자와 충돌하면서 입자를 방출하는 장면을 표현한 이미지. Chunjian Zhang/Fudan University 및 Jiangyong Jia/Stony Brook University 제공

과학자들이 전자를 가속시켜 무거운 원자핵과 충돌시키는 장치인 상대성중이온가속기(RHIC)를 사용해 원자핵의 세부적인 형태를 규명하는 시각화 기술을 개발했다. 관찰된 원자핵은 약간 찌그러든 축구공의 형태를 보였다. 관찰 축에 따라 형태에 미묘한 차이가 있다는 사실도 확인됐다.

이번 연구는 원자핵의 복잡하고 다양한 형태를 자세하게 알 수 있게 됐다는 의미가 있다. 원자핵의 형태를 알면 핵 분열에서 분열할 가능성이 가장 높은 원자가 무엇인지, 중성자별의 충돌에서 무거운 원자 원소가 어떻게 형성되는지 등 다양한 물리학 난제를 해결하는 실마리가 될 수 있다. 초기 우주를 구성하는 입자의 형성 조건을 찾는 데도 중요하다.

미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL)가 운영하는 RHIC로 새로운 물질 상태 등을 연구하는 국제공동연구프로젝트 ‘스타콜라보레이션(STAR Collaboration)’ 연구진은 RHIC를 사용해 원자핵의 형태를 다양한 축에서 관측한 결과와 관측을 가능케 한 고에너지 시각화 기술을 국제학술지 ‘네이처’에 6일(현지시간) 발표했다. 이번 연구에는 한국의 세종대 연구진도 참여했다.

원자핵은 원자의 중심에 위치한 핵심 구조다. 양성자와 중성자로 구성돼 있으며 원자의 거의 모든 질량을 차지한다. 물질의 기본적인 구조와 물질이 상호작용하는 메커니즘을 연구하는 데 중요하다. 원자핵의 양성자와 중성자는 강한 핵력으로 결합돼 있다. 이 힘은 입자 간의 상호작용을 연구하는 데 필수적이다.

원자핵의 형태를 규명하는 것은 과학계의 주요 과제 중 하나였다. 기존에 사용되던 저에너지 시각화 기술은 원자핵을 다양한 방식으로 자극해 방출되는 빛의 입자를 관찰하는 방식으로 원자핵의 형태를 추론했다. 마치 사진을 촬영할 때 카메라 센서가 오랜 시간 빛을 받아들이게 하는 장기간 노출 촬영법과 같아 짧은 시간에 원자핵 내부에서 발생하는 양성자 배열의 미묘한 변화까지는 포착할 수 없었다. 원자핵의 정확한 형태를 다각도에서 관찰하는 데도 역부족이었다. 전자기의 상호 작용 활동을 활용하기 때문에 원자핵에서 전하를 띠지 않는 중성자를 관찰하기 어려운 것도 한계였다.

연구팀이 개발한 고에너지 시각화 기술은 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자를 마치 동결된 것과 같은 상태에서 관측할 수 있다. 노출 시간이 짧은 사진 촬영법과 유사하다.

연구팀은 고에너지로 원자핵을 자극하는 RHIC에 주목했다. 앞서 RHIC는 전자를 가속시켜 무거운 원자핵과 충돌시키는 실험에 사용됐다. 무거운 원자핵일수록 양성자와 중성자의 내부 구성 요소이자 물질을 구성하는 가장 기본적인 입자인 ‘쿼크’와, 쿼크를 매개하는 입자인 ‘글루온’의 방출 과정을 관찰하기 쉽다. 방출된 쿼크와 글루온은 고에너지에 의해 뜨거운 덩어리인 쿼크-글루온 플라즈마(QGP)를 형성하게 된다. 이때 쿼크-글루온 플라즈마는 충돌한 원자핵의 형태에 의해 결정된다.

연구팀은 이 과정을 ‘역추적’하는 방식으로 원자핵의 형태에 대한 데이터를 도출했다. 원자핵이 충돌할 때 발생하는 입자의 흐름과 운동량을 분석하고 이를 다양한 쿼크-글루온 플라즈마 모양에 대한 유체역학적 모델링에 적용해 원래 충돌했던 원자핵의 형태에 도달했다. 연구팀은 이번 시각화 기술을 위한 유체역학적 모델링을 만드는 데는 2000만 시간 이상의 컴퓨터 작업을 통해 1000만건 이상의 원자핵 충돌 데이터를 분석하는 작업이 필요했다고 설명했다.

연구팀은 “이번에 개발된 고에너지 시각화 기술로 우라늄의 원자핵을 관찰한 결과 3개의 관측 축에 따라 미묘한 형태의 차이가 확인됐다”며 새로운 관측 기술은 원자핵의 밝혀지지 않은 복잡한 구조를 규명하는 데 활용될 수 있다고 말했다.

<참고 자료>
-10.1038/s41586-024-08097-2

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15 10월 2024

[물리] [표지로 읽는 과학] 빛 본지 20년 그래핀, 잠재력 무궁무진

[물리] [표지로 읽는 과학] 빛 본지 20년 그래핀, 잠재력 무궁무진

[표지로 읽는 과학] 빛 본지 20년 그래핀, 잠재력 무궁무진

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사이언스 제공

사이언스 제공

이번 주 국제학술지 ‘사이언스’ 표지에는 ‘그래핀 20세(GRAPHENE AT 20)’라는 문구와 함께 벌집 모양의 탄소 원자들이 여러 층으로 쌓여 있는 그림이 실렸다. 사이언스는 맨 왼쪽은 ‘그래핀’, 가운데는 ‘그래핀 나노플레이트’, 오른쪽은 ‘그래핀 산화물’이라고 설명했다.

올해는 ‘꿈의 물질’이라고 불리는 소재 ‘그래핀’ 탄생 20주년이다. 11일 사이언스는 그래핀 발견 20주년을 기념해 그래핀 발견의 역사와 그래핀의 잠재력을 소개하는 글을 실었다.

그래핀은 흑연의 구성 물질인 탄소 원자들이 벌집 모양으로 연결된 2차원 막이다. 두께가 원자 한 층 수준인 0.35nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 정도로 얇다. 2004년 영국의 과학자 안드레 가임과 러시아의 과학자 콘스탄틴 노보셀로프는 스카치테이프로 연필심의 재료인 흑연을 계속해서 붙였다 뗐다 하는 방법으로 그래핀을 흑연에서 분리해냈다. 1940년대부터 이론으로만 존재한 그래핀을 탄생시킨 것이다.

가임과 노보셀로프는 그래핀을 발견하고 그 특성을 밝힌 공로로 2010년 노벨상을 받았다. 그래핀은 실리콘에 비해 100배 이상 전기 전도도가 높고 강도는 강철보다 200배 강하다. 열 전도성은 구리나 알루미늄에 비해 10배 이상 좋다. 구조적으로도 굉장히 안정적이다. 면적의 20%를 늘려도 끄떡 없을 정도로 신축성도 좋다. 더구나 이렇게 구부리거나 늘려도 전기 전도성이 사라지지 않는다.

이같은 특성 때문에 당시 그래핀은 새로운 반도체 소자가 될 수 있다는 기대를 받으며 과학계에 스타로 떠올랐다. 유기화학 반응을 이용해 그래핀 반도체를 만들 경우 기존 실리콘 기반 트랜지스터를 대체할 수 있다고 생각했기 때문이다. 또 그래핀을 활용해 셀로판지처럼 얇은 두께의 컴퓨터 모니터나 시계처럼 팔에 착용할 수 있는 휴대전화, 구부러지는 터치스크린, 태양전지판, 종이처럼 접어 지갑에 넣고 다니는 컴퓨터를 만들 수 있을 것으로 예상했다.

하지만 발견 20년이 지난 지금까지 그래핀은 상용화되지 못하고 있다. 그래핀을 얻을 수 있는 혁신적인 기술이 나오지 않아 대량 생산하기 어렵기 때문이다. 그래핀을 만드는 데 너무 많은 돈이 든다는 이야기다. 또 그래핀은 큰 면적으로 제조하는 것이 어렵고, 전류의 흐름을 통제할 수 없다는 등의 한계를 갖고 있다. 고유의 성질을 유지하면서도 다양한 형태로 가공하기 어려웠다.

초기부터 지금까지 그래핀 연구는 그래핀 나노플레이트와 그래핀 산화물 이용에 집중돼 있었다. 그래핀 나노플레이트는 그래핀을 여러 층으로 쌓아 100nm(나노미터, 1nm는 10억분의 1m) 미만 두께의 판 형태로 만든 것이다. 그래핀 나노플레이트 형태로 그래핀을 여러 가지 물질과 섞으면 그래핀의 성질을 유지하면서도 다양한 형태로 가공할 수 있다.

그래핀 산화물은 그래핀 표면에 산화를 일으켜 만든 물질이다. 그래핀 산화물은 물에 풀어져 마치 용액처럼 다룰 수 있어 다양한 형태로 제품을 제작하는 데 유용하다. 그래핀 나노플레이트와 그래핀 산화물은 코팅 및 보강재처럼 기존 제품의 기능을 향상시키며 상용화되고 있다. 그래핀 나노플레이트는 부식 방지 코팅, 난연제, 전자파 차폐 재료로 쓰였다.

하지만 사이언스는 여전히 그래핀 자체도 다양한 잠재력을 가진 덕분에 활발히 연구되고 있다고 설명했다. 스페인, 덴마크, 영국 등 유럽을 중심으로 반도체 제조 라인에 대량 사용할 수 있도록 그래핀을 간단하게 만드는 방법을 연구 중이다. 국내에서는 홍병희 서울대 화학부 교수가 2009년 그래핀 대면적 합성기술을 구현하고 2012년 ‘그래핀스퀘어’를 창업해 전 세계 그래핀 시장을 선도하기 위해 준비 중이다.

또 2차원 물질을 쌓아 올려 물성을 측정하는 ‘트위스트로닉스’ 연구에서도 그래핀에 주목하고 있다. 미국물리학회 학술대회에서 미국 매사추세츠공대 (MIT) 연구팀이 그래핀 두 장을 다른 각도로 비틀어 붙여 초전도체가 되는 것을 실험적으로 증명하면서부터다. 사이언스는 그래핀이 하루빨리 실험실을 벗어나 산업에서도 유용하게 쓰일 수 있길 바란다고 기대했다.

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