+ 우주팽창, 속도가 줄고 있다? / ‘푸른 행성’ 대기온도 무려 3,000°C / 토성의 ‘폭풍전야’ ?

 

 

 

[아하! 우주] 우주팽창, 속도가 줄고 있다?

 

입력: 2015.04.14 11:32

 

 

 

▲ 우주의 팽창속도는 생각보다 빠르지 않을지도 모른다. 초신성이 발견되기 전인 M82 은하 사진(왼쪽)과

2014년 1월 22일 초신성(오른쪽 동그라미 안) 발견 후의 사진. M82는 큰곰자리의 은하로, 거리는

1000만 광년, 지름은 25,000 광년이다. 모양이 담배 같아 시가 은하라는 별명을 갖고 있다. 출처=NASA

 

 

-"암흑 에너지, 생각보다 많지 않다"

 

대다수의 물리학자들은 우리 우주가 수수께끼와 같은 암흑 에너지로 인해 팽창속도가 가속되고 있다고 믿고 있다. 그러나 그 가속 정도가 생각보다 크지 않을지도 모른다는 주장이 제기되었다.

 

그 계기는 어떤 유형의 초신성 발견이었다. 이 초신성에 대한 연구 결과는 우주론적인 중요한 문제에 대한 답이 될 수도 있을 것으로 보여지는데, 이른바 빅뱅 이후 우주는 얼마나 빠른 속도로 팽창을 계속해왔는가에 대한 해답이다.

 

천문학자들이 2014년 1월 22일 M82 은하에서 발견한 초신성은 이전 연구들이 밝힌 우주의 팽창속도가 상당히 하향 조정되어야 한다는 증거를 보여주고 있어 학계의 비상한 관심을 끌고 있다.

 

미국 애리조나 대학의 연구진은 안시관측과 자외선 관측 이미지를 비교분석한 끝에 오랜 과거에 폭발한 초신성과 근래에 발견된 초신성의 행동 양태는 상당히 다르다는 사실을 발견해냈다.

 

과거의 초신성은 우리가 알고 있던 것만큼 먼 거리에 있었던 것은 아니며, 따라서 우주의 팽창 속도도 그렇게 빠르지 않았음을 뜻한다. 초신성 폭발은 일정한 유형을 가지고 있어, 우주론자들은 이것으로 우주의 깊이를 재는 추로 사용해왔다.

 

 

 

▲ M101 나선은하의 가시광선 이미지(왼쪽). M82 은하에서 발견된 초신성. 작대기로

SN 2011fe 초신성을 가리키고 있는 오른쪽 사진은 NASA의 스위프트 위성이 찍었다.

출처=NASA

 

"두 집단의 초신성들이 보여주는 차이는 우연한 것이 아니며, 따라서 우리는 1a형 초신성을 두 개의 그룹으로 분류할 수밖에 없었다"고 밝히는 천문학자 피터 밀른 박사는 "하나는 우리에게 가까운 소수의 초신성 그룹, 또 하나는 먼 거리에 있는, 그러니까 우주가 더 젊었을 때 폭발한 다수의 초신성 그룹"이라고 설명한다.

 

일정한 광도로 빛나는 1a형 초신성들의 거리를 측정함으로써 우주의 팽창이 가속되고 있다는 사실을 밝혀낸 브라이언 P. 슈미트 등 세 사람의 과학자들이 2011년 노벨 물리학상을 받았다.

 

이들은 독자적으로 초신성들의 광도를 측정한 결과, 그 광도들이 예상치보다 훨씬 낮다는 것을 발견하고, 이것은 우주가 일정 속도로 팽창되는 게 아니라 가속 팽창되고 있는 때문이라는 결론을 내렸다. 이에 따르면, 어떤 알 수 없는 힘이 점점 빠른 속도로 은하들을 떼어놓고 있다는 뜻이다.

 

"이 결론은 모든 1a형 초신성은 같은 광도를 갖고 있다는 전제가 깔려 있다. 그 초신성들이 폭발할 때는 거의 같은 광도로 빛난다"고 밀른 박사는 설명한다. 그의 연구진은 허블 우주망원경의 관측과 미항공우주국(NASA)의 스위프트위성이 수집한 데이터를 이번 연구에 사용했다.

 

스위프트 위성의 데이터들은 안시측정으로는 판별하기 어려운 미약한 초신성의 적색편이와 청색편이를 분석하는 데 결정적인 역할을 했다.

 

"가까운 초신성 10개의 적색편이는 먼 초신성 10개에 비해 더 큰 값을 보여준다"고 밀른 교수는 설명한다. 과학자들은 이것이 알려진 것보다 우주 팽창의 가속도가 그리 크지 않다는 뜻하는 것이라고 생각한다. 따라서 암흑 에너지가 지금 계산서에 나와 있는 것보다 크지 않다는 뜻이기도 하다.

 

"여기서 분명히 밝혀둘 것은 우주팽창이 가속되고 있지 않다는 것은 아니다. 다만 그 가속 정도가 생각보다 빠르지 않다는 뜻"이라고 밀른 교수는 강조한다. "우리의 제안은 우주에 암흑 에너지가 이제까지의 연구에서 밝혀진 만큼 많지 않다는 것이지만, 그 값을 결정하지는 못하고 있다"

 

 

나우뉴스 이광식 통신원 joand999@naver.com　

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‘푸른 행성’ HD 189733b 대기온도는 무려 3,000°C

 

입력: 2015.04.14 11:00

 

 

지난 2005년 여우자리 방면으로 63광년 떨어진 곳에서 태양계의 '큰형님' 목성보다 조금 더 큰 외계행성이 발견됐다.

 

바로 HD 189733b로 특히 이 행성이 화제가 된 것은 마치 지구처럼 푸른색 모습을 가지고 있으며 대기권에서 생명체에 필수적인 메탄 성분이 확인됐기 때문이다. 결과적으로 외계 생명체의 존재 가능성이 대두된 것.

 

그러나 지난 2013년 영국 옥스퍼드 대학의 연구결과 지구와 유사한 점은 푸른 색깔 뿐이라는 사실이 드러났다. 연구팀에 따르면 HD 189733b는 항성(태양)과 너무 가까워 대기가 뜨거운 탓에 생명체가 존재할 수 없다.

 

이번에 공개된 스위스 제네바 대학 연구결과는 이보다 한발 더 나아갔다. 소듐(sodium) 방출 측정을 통해 분석한 결과 이 행성의 대기온도가 당초 예상보다 높은 무려 3,000°C에 달하는 것으로 나타났으며 바람 또한 시속 1,000km 속도로 불고 있음이 확인됐다.

 

이같은 이유는 항성과의 거리 때문이다. HD 189733b와 항성과의 거리는 태양과 수성과의 거리(약 5700만 km)와 비교하면 무려 13배나 가깝다.

 

연구를 이끈 케빈 헝 박사는 "우주에서 지구형 행성을 찾는 과정에서 이루어진 연구" 라면서 "지구형 행성은 크기가 작아 항성에 의해 가려지는 반면 HD 189733b는 커다란 크기 때문에 관측이 매우 쉽다" 고 설명했다. 이어 "우리의 연구방법을 사용하면 간단한 장비 만으로도 먼 행성의 대기조건을 밝혀낼 수 있을 것" 이라고 덧붙였다.　

 

 

나우뉴스 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

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토성의‘폭풍전야’는 왜 길까?…대백점 미스터리 풀려

 

입력: 2015.04.14 11:38

 

 

 

 

토성에 부는 거대 폭풍은 왜 수십 년에 한번 밖에 발생하지 않는 것일까. 이처럼 ‘폭풍 전야’가 매우 긴 토성의 대기 현상에 얽힌 수수께끼를 과학자들이 마침내 해명했다.

 

아름다운 고리를 지닌 거대 가스 행성인 토성에는 20~30년에 한번 주기로 ‘대백점’이라는 거대 폭풍이 발생해 수개월 동안 맹위를 떨친다. 내부에서 발생하는 번개 때문에 하얗게 보여 대백점이라고 이름 붙여진 이 폭풍은 지구 지름보다 클 정도로 매우 거대해 지구에서도 망원경으로 볼 수 있다.

 

이런 엄청난 규모로 천문학자들의 관심을 끈 대백점은 지난 150년간 단 6번밖에 관측되지 않았다. 이 때문에 대백점의 발생 빈도는 지금까지 수수께끼였다.

 

이런 현상에 대해 미국 캘리포니아공과대(캘테크) 앤드루 잉거솔 교수와 쳉 리 연구원이 이끈 연구팀이 토성 대기 가운데 포함된 수증기로 이런 놀라운 작용을 설명할 수 있다고 발표했다.

 

연구팀의 논문에 따르면, 토성의 대기는 지구와 마찬가지로 성질이 다른 층으로 구성돼 있는데 일반적으로 구름이 형성된 ‘외층’의 밀도는 토성의 중심에 이르는 ‘구름 하층’보다 낮다. 수면에 떠있는 기름처럼 밀도가 낮은 ‘외층’에는 수소와 헬륨이, 물 등의 분자가 주성분인 고밀도의 혼합 대기인 ‘구름 하층’ 위에 올라있는 상태인 것이다.

 

토성의 외층은 폭풍을 발생시키는 데 필요한 과정인 ‘하단의 더 따뜻한 공기가 상승’하고 ‘냉각’돼 ‘응축’되는 것을 막는다. 따라서 안정된 대기 상태가 장기간에 걸쳐 유지된다는 것이다.

 

하지만 이처럼 아주 긴 ‘폭풍 전야’ 동안 외층의 대기는 우주 공간에 열을 방사하고 점차 기온이 내려가 결국 밑에 있는 구름 하층보다 밀도가 높은 상태가 된다. 이에 따라 두 층의 균형이 무너져 하단에 갇혀 있던 따뜻한 공기가 외층으로 넘쳐 나오는 것이다.

 

이렇게 혼합된 대기는 다른 분자보다 무거운 물 분자를 포함한다. 이 거대한 폭풍에서 비로 떨어지는 것으로 원래의 평형 상태를 회복해 평온한 날씨로 되돌아가는 방식인 것이다.

 

쳉 리 연구원은 “행성이 어느 정도의 속도로 우주 공간에 열을 방사하고 냉각되는 것은 시간 단위에 따라 결정된다. 토성은 거대한 대기권을 가지고 있으므로 냉각에는 수십 년이 걸린다”고 밝혔다.

 

연구팀은 이번 연구를 위해 지구의 날씨에 사용하는 것과 유사한 시뮬레이션 소프트웨어를 개발하고 검증을 위해 토성 궤도 탐사선인 카시니호의 관측 데이터를 사용한 시뮬레이션 결과와 비교했다.

 

이번 연구성과는 세계적 학술지 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 지오사이언스’(Nature Geoscience) 13일 자에 발표됐다.

 

사진=NASA

 

나우뉴스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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