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‘극한에너지 宇宙線’ 어디서 오는지 최초 발견
류현진의 야구공같은 우주입자가 북두칠성에서 날라온다?

 

 성대 박일흥교수 등 한국과학자 6명 참가 국제연구팀
획기적 공동논문 美 천체물리학저널 레터 게재
모체 - 기원 - 전파과정 등 100년 넘은 의혹 풀 계기
 

우주하늘의 지도에서 극한에너지가 나오는 우주의 영역은 붉은색 지점으로 큰곰자리의 북두칠성 근처인 것으로 확인되었다. 만약 이러한 영역이 없이 우연하게 이러한 데이터를 발견할 확률은 만분의 일이다.
그림1. 우주하늘의 지도에서 극한에너지가 나오는 우주의 영역은 붉은색 지점으로 큰곰자리의 북두칠성 근처인 것으로 확인되었다. 만약 이러한 영역이 없이 우연하게 이러한 데이터를 발견할 확률은 만분의 일이다.

TA 초고에너지 우주선 관측소의 대형 자외선 망원경 어레이와 이번 연구에서 발표된 극한에너지의 우주선이 나오는 지점인 북두칠성의 하루 운동
그림2. TA 초고에너지 우주선 관측소의 대형 자외선 망원경 어레이와 이번 연구에서 발표된 극한에너지의 우주선이 나오는 지점인 북두칠성의 하루 운동. 

미국 유타사막에 설치되어 있는 우주선 입자검출기와 멀리 보이는 대형 우주선 망원경. 500여개의 입자검출기와 3개의 망원경은 서울시 크기의 면적에 분산되어, TA 국제공동연구 실험에서 자동 제어되고 있다.
그림3. 미국 유타사막에 설치되어 있는 우주선 입자검출기와 멀리 보이는 대형 우주선 망원경. 500여개의 입자검출기와 3개의 망원경은 서울시 크기의 면적에 분산되어, TA 국제공동연구 실험에서 자동 제어되고 있다.

한국의 과학자들의 참여한 한-미-일-러 국제공동연구팀이 천체물리학 데이터를 5년 동안 분석한 결과, 극한에너지의 우주선(宇宙線.cosmic ray)이 만들어지는 우주의 국소영역을 발견했다고 밝혔다.

* 우주선 : 우주에서 지구로 떨어지는 모든 입자의 총칭으로, 대부분 양성자, 즉 수소핵이나 무거운 핵 그리고 전자, 감마선 및 중성미자가 있다. 우주선은 1912년 헤스가 처음 발견했으나, 이의 모체와 기원, 전파과정은 100년이 넘게 미스테리로 남아 있다.
 
Telescope Array(TA)라고 불리는 국제공동연구팀은 2008년부터 미국 유타사막에 250억원을 들여, 서울시만한 면적에 500여개의 입자검출기 및 3개의 대형 망원경을 설치, 북반구 최대 크기의 초고에너지 우주선관측소를 완성하였고, 2008년 5월부터 지난해 5월까지 5년간 72개의 극한에너지 우주선을 관측하고 이 중에서 19개가 ‘큰곰자리의 북두칠성’ 근처에서 나온다는 것을 발견했다. 이번 연구결과는 미국의 천체물리학저널 레터紙에 실렸다.

 

모두 125명으로 구성된 국제공동연구팀에 처음부터 참가한 한국의 과학자는 성균관대 박일흥교수(물리학과), 한양대 천병구?김항배교수,  이화여대 양종만교수, 울산과기대 류동수교수, 연세대 권영준교수로, 최근 검출기 개선사업에 주도적 연구를 진행하고 있다.
         

이는 극한에너지 우주선의 4분의 1이 우주하늘의 16분의 1에 해당하는 지점(즉위 146.6도, 적위 43.2도)에서 나왔다는 것을 뜻하며, 만약 특정한 에너지원 없이 무작위로 발생하는 경우라면 이러한 관측 결과가 나올 확률은 1만분의 1.4에 해당한다. 
 
극한에너지는 5x1019 eV 이상의 에너지를 말하며, 인간이 측정할 수 있는 에너지의 끝으로(저자는 끝에너지라 부름), 이는 류현진선수가 던지는 공이 가지는 운동에너지에 해당하지만, 크기는 먼지보다 작은 양성자 하나가 가지는 에너지로 어마어마한 것이다. 현재 인간이 만들 수 있는 한계보다 1만배 이상으로, 빅뱅 이후 수 초내에 해당하는 에너지인데, 이러한 막대한 에너지가 현재까지 남아 있었는지, 아니면 현재의 우주에 이러한 초거대가속기가 존재하는지는 순수기초과학의 11가지 미스테리 중의 하나였다. 

 

* eV (electron Volt) : 에너지의 단위로, 전자가 1Volt의 전압에서 가지는 에너지.

 

우주의 초거대가속기로는 AGN(활동은하핵.Active Galactic Nuclei)과 GRB(감마선 폭발.Gamma-Ray Burs) 등이 이론적으로 가정되고 있으나 아직까지 뚜렷한 증거는 없다. 이번 결과에서도 극한에너지의 기원 자체가 무엇인지는 모르지만 북두칠성 별자리에서 나오는 것만은 분명한 것으로 보인다.

   
* AGN : 은하의 중심에는 초거대 불랙홀이 있을 것으로 추정하고 있는데, 보통의 은하와 달이 물질을 계속 빨아들여 거대한 에너지를 분출하는 은하를 뜻함
* GRB : 최근에 발견되기 시작한 빅뱅이후 최대의 우주폭발 현상으로, 은하가 발하는

에너지를 단지 수 초 수 분만에 분출하는 극한천체이다. 모체로는 불랙홀과 중성자별의 충돌 또는 초거대 별의 붕괴로 추정되고 있다.

 

이번 연구결과의 중요성은 극한에너지의 소스가 있다는 사실의 발견이다. 과학자들이 과거 수 십년 동안 찾아온 것으로, 이러한 소스가 무엇이고 어떻게 만들어지는지가 앞으로 밝혀질 것으로 기대된다.  이러한 후속 연구를 위하여 TA 공동연구팀은 네 배가 큰 면적에 검출기를 확장하는 등 실험의 확대를 서두르고 있다.

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