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2026-02-07 (토)

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[퓨처 Eyes(119)] 우주가 '꿀'처럼 끈적하다고?⋯암흑에너지 미스터리, '점성'으로 푼다

인류는 오랫동안 우주를 '텅 빈 무대'로 여겨왔다. 별과 은하, 행성이라는 배우들이 연기하는 동안, 그 배경이 되는 공간(Space)은 아무런 저항도, 성질도 없는 완벽한 '진공(Vacuum)'이라고 믿었다. 하지만 이 견고한 믿음에 균열이 생기고 있다. 최근 학계에서는 "우주가 텅 빈 진공이 아니라, 꿀처럼 끈적거리는 '점성 유체(Viscous Fluid)'와 같다면 어떨까?"라는 도발적인 질문이 제기됐다. 이는 단순히 우주의 상태를 묘사하는 수사가 아니다. 현대 우주론이 직면한 최대 난제인 '암흑 에너지'의 오차를 수학적으로 해결하려는 정교한 물리학적 시도다. 흔들리는 우주론의 기둥, '람다(Λ)CDM' 이 가설을 이해하려면 먼저 현대 우주론의 뼈대인 '람다-콜드 다크 매터(ΛCDM)' 모형이 왜 위기를 맞았는지 알아야 한다. 천문학자들은 우주가 가속 팽창하는 이유를 설명하기 위해 '암흑 에너지(Dark Energy)'라는 개념을 도입했다. ΛCDM 모형에서 암흑 에너지는 우주 어디서나, 언제나 일정한 값을 갖는 '우주 상수(Cosmological Constant, 람다·Λ)'로 정의된다. 즉, 우주를 밀어내는 힘이 시간과 공간에 상관없이 불변한다는 전제다. 그러나 최근 관측 기술이 비약적으로 발전하며 이 전제가 흔들리고 있다. 지난해 미국 애리조나의 '다크 에너지 분광기기(DESI)'와 칠레의 관측 데이터는 은하들이 멀어지는 속도가 기존 표준 모형의 예측과 미세하게 어긋난다는 사실을 포착했다. 이는 암흑 에너지가 불변의 상수가 아니라, 시간이 흐름에 따라 그 힘이 약해지거나 변할 수 있다는 '변동성'을 시사한다. 기존 방정식으로는 풀리지 않는 오차, 이른바 '우주론적 불일치'가 발생한 것이다. 공간이 '물'이 아니라 '꿀'이라면? 이 난제를 해결하기 위해 인도 공과대학(IIT) 조드푸르 캠퍼스의 무함마드 굴람 쿠와자 칸 연구원은 최근 논문 사전 공개 사이트 '아카이브(arXiv)'를 통해 "우주 공간 자체를 '점성(Viscosity)'을 가진 유체로 취급하자"는 파격적인 해법을 내놓았다. 점성은 유체가 흐름에 저항하는 성질이다. 맹물은 점성이 낮아 콸콸 흐르지만, 꿀은 점성이 높아 끈적하게 흐른다. 칸 연구원의 주장은 우주 공간이 맹물이 아니라 꿀에 가깝다는 것이다. 물론 우주 공간에 실제 꿀이 차 있다는 뜻은 아니다. 우주가 팽창(신장)할 때, 공간 자체가 팽창을 방해하려는 미세한 '저항(Drag)'을 갖고 있다는 물리적 가정이다. 이 '우주적 저항'을 방정식에 대입하면, DESI가 관측한 암흑 에너지의 이상 징후들이 놀랍도록 정교하게 설명된다. 표준 모형이 풀지 못한 오차를 '공간의 끈적임'이라는 변수 하나로 맞춰낸 셈이다. 진공의 소리, '공간 포논'의 등장 그렇다면 텅 빈 공간에서 어떻게 '끈적임'이 발생할까? 연구진은 이를 설명하기 위해 고체 물리학의 개념인 '포논(Phonons·음향양자)'을 우주 공간으로 확장했다. 물리학에서 포논은 결정(Crystal) 내부 원자들의 집단적인 진동을 입자처럼 취급하는 개념이다. 연구진은 우주 공간(진공)을 일종의 매질로 보고, 우주가 팽창할 때 공간 자체에서 '공간 포논(Spatial Phonons)'이라는 미세한 진동이 발생한다고 가정했다. 비유하자면 이렇다. 고요한 호수(우주)가 갑자기 넓어진다고 상상해 보자. 물이 늘어나면서 내부에서는 출렁거리는 파동(포논)이 생긴다. 이 파동은 물이 매끄럽게 퍼져나가는 것을 방해하며 서로 부딪히고 섞인다(Sloshing). 이 과정에서 발생하는 압력이 바로 팽창을 억제하는 '점성 저항'으로 작용한다. 즉, 암흑 에너지가 우주를 밖으로 밀어내려 할 때, 공간 내부의 포논들이 끈적하게 달라붙으며 그 속도를 미세하게 늦추는 것이다. 이 '밀고 당기는(Push and Pull)' 균형이 우리가 관측하는 우주 팽창 속도의 미세한 변화를 만들어낸다는 것이 이번 가설의 핵심이다. 우주를 바라보는 관점의 전환 만약 이 가설이 동료 검증(Peer Review)을 통과하고 정설로 인정받는다면, 그 파장은 단순히 천문학 교과서를 바꾸는 데 그치지 않는다. 우리가 우주선 궤도를 계산하거나 중력파를 해석할 때 기본값으로 두었던 '저항 0'의 진공 상태가 수정되어야 하기 때문이다. 초정밀 심우주 항법이나 위성 운용 계산에서 그동안 '무시해도 되었던 항(Term)'들이 유의미한 변수로 부상할 수 있다. 우주는 더 이상 텅 빈 무대가 아니라, 그 자체로 물리적 성질을 가진 역동적인 실체로 격상된다. 물론 신중론도 만만치 않다. 라이브 사이언스(Live Science) 등 외신은 "이 점성이 우주의 본질적인 특성인지, 아니면 현재 우리의 측정 장비나 방식이 가진 한계 때문에 나타난 착시인지 아직 불분명하다"고 지적했다. 진실은 곧 밝혀질 전망이다. 유럽우주국(ESA)이 쏘어 올린 '유클리드(Euclid)' 우주망원경과 향후 이어질 DESI의 정밀 데이터가 이 가설의 심판관이 될 것이다. 확실한 것은 하나다. "우주는 비어 있다"는 오랜 상식이 더 이상 자명하지 않다는 점이다. 관측 데이터와 이론 사이의 틈새에서 피어난 이 '끈적한 우주' 가설은, 우리가 광활한 어둠을 이해하는 방식이 근본적으로 바뀌어야 할 때가 왔음을 시사한다. 답은 아직 없다. 하지만 질문의 전제를 의심하는 순간, 과학은 언제나 한 걸음 더 나아갔다.
- 포커스온
2026-01-22 14:28:00
[우주의 속삭임(85)] 우주 거대 은하 생성, 미스터리 해결 근접

오랫동안 천문학자들의 궁금증을 풀어주지 못했던 은하 생성의 비밀이 풀릴 수 있을까. 수십 년 동안 전문가들을 당혹스럽게 했던 우주에서의 거대 은하 생성에 대한 미스터리를 해결할 실마리가 잡혔다고 PHYS가 전했다. 천문학자들이 거대한 타원 은하의 탄생지를 발견했으며, 이것이 은하가 어떻게 만들어졌는지에 대한 새로운 단서를 제공한다고 밝혔다. 고대 은하의 생성은 평평한 원반과 같은 우리 은하수에 비해 부풀어 오른 축구공처럼 보이며, 이는 천체물리학자들에게 여전히 미스터리로 남아 있다. 그런데, 전 세계 전문가들과 협력하는 영국 사우샘프턴 대학교의 천체 연구팀이 새로운 연구를 통해 이 수수께끼가 마침내 풀릴 수 있을 것이라고 밝혔다. 연구팀원인 사우샘프턴 대학교의 안나그라지아 풀리시 박사는 초기의 우주에서 차가운 가스의 대량 흐름과 은하 간의 충돌이 이러한 거대한 시스템을 만들었을 가능성이 있다고 말했다. 풀리시는 "두 개의 원반형 은하가 충돌하면서 별이 형성되는 연료인 가스가 중심부로 가라앉았고, 수조 개의 새로운 별이 생성되었다. 이러한 우주의 충돌은 약 80억~120억 년 전에 일어났는데, 당시 우주는 훨씬 더 활발한 진화 단계에 있었다"고 설명했다. 그녀는 "연구팀의 발견은 천문학에서 오랫동안 미스터리로 남아 있던 문제를 해결하는 데 한 걸음 더 다가가게 했다. 이는 초기 우주에서 은하가 어떻게 만들어졌는지에 대한 우리의 이해를 재정의할 것"이라고 덧붙였다. 네이처에 게재된 이 연구는 사우샘프턴 대학교, 중국 퍼플마운틴 천문대, 중국과학원 등이 협력해 수행했다. 연구팀은 칠레 아타카마 사막에 있는 세계 최대의 전파 망원경 ALMA를 사용해 먼 우주에서 별을 형성하는 100개 이상의 은하를 분석했다. 퍼플마운틴 천문대의 연구 책임자인 칭화 탄 박사는 팀이 멀리 떨어진 매우 밝은 은하에서 방출되는 빛의 분포를 살펴보는 새로운 기술을 사용해 이를 발견하게 됐다고 말했다. 그녀는 "이것은 멀리 떨어진 은하의 핵에 위치한 강렬한 별 형성 에피소드를 통해 구형 은하체가 직접 형성된다는 최초의 실제 증거다. 천체물리학자들은 수십 년 동안 이 과정을 이해하려고 노력해 왔다"고 부연했다. 그녀는 또 "이 은하들은 빠르게 형성된다. 가스가 블랙홀에 공급되도록 내부로 빨려 들어가 별의 폭발을 촉발시키는데, 별들은 우리 은하보다 10~100배 빠른 속도로 생성된다"고 설명했다. 연구진은 오픈소스 아카이브 프로젝트를 사용해 많은 먼 은하에 대한 고품질 관측 데이터를 수집했다. 연구팀은 JWST 및 유클리드(Euclid) 위성에 탑재된 망원경과 중국 우주정거장에서 수집한 데이터 및 연구 결과를 통합해 은하의 별 구성을 매핑할 것이라고 밝혔다. 풀리시 박사는 "이 연구는 초기 은하 형성에 대한 보다 완전한 그림을 제공하고, 우주가 태초부터 어떻게 진화해 왔는지에 대한 이해를 심화시킬 것"이라고 덧붙였다.
- IT/바이오
2024-12-09 09:02:00
유럽우주국(ESA), 유클리드 망원경 촬영 첫 이미지 공개

유럽우주국(ESA)이 '암흑 우주 탐정'으로 불리는 유클리드(Euclid) 망원경으로 촬영한 첫 이미지를 공개했다고 미국 IT매체 엔가젯(Engadget)이 최근 보도했다. 이번에 공개된 이미지는 우주 탄생의 비밀을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 유클리드 우주 망원경은 유럽우주국의 중요한 우주 탐사 프로젝트 중 하나다. 주요 목적은 우주의 가장 큰 미스터리 중 하나인 암흑 물질과 암흑 에너지의 본성을 이해하는 것이다. 유클리드 망원경은 우주의 역사를 100억 년 전까지 거슬러 올라가 아직까지 알려지지 않은 대부분의 하늘을 대상으로 하는 방대한 3D 우주 지도를 제작하고 있다. 이 망원경은 유명한 말뚝 성운부터 은하계와 유사한 숨은 나선 은하에 이르기까지, 알려진 물체뿐만 아니라 이전에 볼 수 없었던 물체들을 선명하게 관찰하는 데 기여하고 있다. 유클리드 우주 망원경은 우주의 '암흑' 부분, 즉 암흑 에너지와 암흑 물질이 우주 진화에 미치는 영향을 조사하고 있다. 이 망원경은 1.22m(4피트) 폭의 주경을 갖추고 있으며, 가시광선 카메라와 근적외선 카메라/분광기를 사용하여 앞으로 6년간 하늘의 약 1/3을 관측할 예정이다. 이 과정에서 수십억 개의 은하가 연구될 것이다. 2023년 7월에 발사된 유클리드는 2024년 초부터 공식적인 과학 임무를 시작할 예정이나, 이미 초기 관측에서 과학자들에게 중요한 발견을 제공하고 있다. ESA에 따르면 유클리드가 관측한 페르세우스 은하단은 2억 4000만 광년 떨어진 곳에 위치해 있으며, 이 관측은 지금까지 가장 상세한 것 중 하나다. 이 은하단 내의 약 1000개 은하뿐만 아니라, 더 멀리 떨어진 약 10만 개의 다른 은하들도 포착하고 있어, 유클리드의 관측 범위와 세밀함을 잘 보여주고 있다. 유클리드, '숨은 은하' 관찰 유클리드 우주 망원경은 우리 은하계 너머에 위치한 IC 342, 일명 '숨은 은하'로도 알려진 나선 은하를 관찰했다. 유럽우주국(ESA)에 따르면, 유클리드는 특정 천체를 단일 장면에서 완벽하게 포착할 수 있는 현존하는 유일한 망원경이다. 예를 들어, NGC 6397과 같은 구형 성단은 수십만 개의 별이 중력적으로 결합된 모습을 보여주는데, 유클리드가 이 성단을 관찰한 결과는 그 세밀함과 정확도 면에서 비교할 수 없을 정도라고 ESA는 밝혔다. 유클리드 우주 망원경은 다른 망원경으로는 관찰하기 어려웠던 희미한 천체들을 선명하게 포착할 수 있다. 예를 들어, 오리온 별자리에 위치한 말머리 성운은 별의 '보육원'으로 유명하다. 유클리드를 통해 이 성운을 자세히 관찰하면, 이전에 발견되지 않았던 어린 별과 행성들을 확인할 수 있다. 지구로부터 약 1375광년 떨어진 이 성운은 말의 머리 모양을 한 독특한 구름과 함께, 탄생한 지 얼마 되지 않은 별들이 적갈색 가스와 먼지 속에서 보랏빛으로 빛나는 모습을 보여준다. 또한 유클리드는 160만 광년 떨어진 왜소은하 NGC 6822도 관찰했다. 이 작고 오래된 은하는 우리 은하와 같은 은하가 어떻게 형성되었는지에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있다. 유클리드의 임무는 이제 시작 단계에 불과하지만, 이미 우리 주변 우주의 가까운 곳과 먼 곳에 있는 천체에 대한 풍부한 정보를 제공하며 중요한 역할을 하고 있다. 유럽우주국의 유클리드 프로젝트에서 활동하는 과학자 르네 로레이즈(René Laureijs)는 유클리드가 촬영한 최초의 이미지에 대해 인상 깊은 평가를 했다. 그는 "이전에는 본 적 없는, 이처럼 상세한 내용을 담은 천문학적 이미지"라고 평가하며, "기대했던 것보다 훨씬 더 아름답고 선명하다. 우리 주변 우주의 잘 알려진 지역에서도 이전에는 볼 수 없었던 많은 특징들을 포착하고 있다"고 말했다. 이 발언은 유클리드 프로젝트가 우주 관측 분야에서 새로운 장을 열고 있음을 시사한다. 한국, 제미니 천문대서 천체 첫 관측 최근 한국의 천문학 연구에서도 중요한 진전이 있었다. 한국천문연구원은 미국 하와이의 마우나케아 산에 위치한 제미니 천문대에 설치된 새로운 적외선 분광기 'IGRINS-2'를 사용하여, 먼 우주에 있는 천체를 처음으로 시험 관측하는 데 성공했다. 분광기란 천체 망원경에 들어온 빛을 파장별로 분해하는 장비로, 이를 이용하면 해당 천체가 어떤 성분으로 만들어졌고, 이동 속도는 얼마인지 등을 알 수 있다. 분광기는 천체 망원경을 통해 들어온 빛을 파장별로 분해하는 장치로, 이를 통해 천체의 구성 성분, 이동 속도 등을 파악할 수 있다. 'IGRINS-2'는 기존 장비보다 성능이 월등히 향상되어 있어, 별의 진화 과정 연구와 외계 행성 탐사의 수준을 한층 더 높일 것으로 기대되고 있다. 이러한 발전은 천문학 연구에 있어 큰 도약을 의미하며, 향후 우주에 대한 우리의 이해를 크게 심화시킬 것으로 전망된다.
- 산업
2023-11-13 11:33:00
인도 슈퍼컴퓨터로 '일란성 쌍둥이' 우주 생성 실험 성공

과학자들이 우주의 탄생 비밀을 밝혀내기 위해 머리를 맞대고 있는 가운데, 인도에서 슈퍼컴퓨터를 이용해 우주 생성에 대한 시뮬레이션을 수행해 주목받고 있다. 인도의 위온(WION) 뉴스에 따르면, 최근 천문학자들은 슈퍼컴퓨터를 통해 우주의 탄생인 빅뱅부터 현재까지 이어지는 우주의 역사를 시뮬레이션하는 데 성공하여 기념비적인 성과를 이루었다고 보도했다. 천문학자들은 고성능 망원경으로 수집한 새로운 데이터를 활용하여 이 가상 우주를 실제 우주와 비교하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 비교는 때때로 관측 데이터가 기존의 우주론 표준 모델과 다를 때 중요한 통찰력을 제공한다고 위온은 설명했다. '플라밍고 프로젝트(Flamingo Project)'라는 이름의 이 연구는 물리학의 기본 법칙을 바탕으로 일반 물질, 암흑 물질, 암흑 에너지를 포함한 우주의 모든 구성 요소의 진화를 모델링하는 복잡한 계산을 포함하고 있다. 이 같은 시뮬레이션을 통해 세밀하게 구성된 가상의 은하계와 은하단이 생성됐다. 은하, 퀘이사, 별을 연구하는 유클리드 우주 망원경과 NASA의 제임스 웹 우주 망원경과 같은 첨단 장비로 수집한 데이터는 이 연구에 매우 중요한 역할을 하고 있다. 영국 더럼대학교의 플라밍고 프로젝트 공동 연구자인 카를로스 프렌크 교수는 우주론이 중요한 전환점에 있다고 언급했다. 그는 "강력한 망원경으로부터 얻은 새롭고 놀라운 데이터 중 일부가 우리의 이론적 예측과 일치하지 않는 것을 볼 수 있다"고 말했다. 이어서 "우주론의 표준 모델에 오류가 있거나 관측 데이터에 미묘한 선입견이 존재할 수 있지만, 우리의 초정밀 우주 시뮬레이션을 통해 이에 대한 답을 찾을 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 중성미자와 우주 일반 물질 주목 과거의 우주 시뮬레이션은 주로 우주 구조의 핵심 요소인 차가운 암흑 물질에 초점을 맞추었다. 그러나 최근 천문학자들은 중성미자와 같이 드물게 상호 작용하는 작은 입자와 우주의 모든 물질 중 일반 물질이 차지하는 16%의 중요성을 강조하고 있다. 이 일반 물질은 지구상의 모든 물질을 포함한다. 우주의 진화를 전체적으로 이해하기 위해서는 이러한 요소들을 모두 고려해야 한다. 플라밍고 프로젝트는 우주 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 전담하는 국제 천체물리학 연구팀인 버고 컨소시엄(Virgo Consortium)의 일환이다. 차세대 관측 자료 해석을 위한 전천후 대규모 구조 시뮬레이션의 약자로, 전천후 매핑(all-sky mapping)이 포함된 풀 하이드로 대규모 구조 시뮬레이션(full-hydro large-scale structure simulations)의 줄임말이다. 한국, '예미랩'서 우무 비밀 탐색 한편, 한국 강원도 정선군의 예미산 지하 1000미터에 위치한 세계적 수준의 고심도 지하실험시설 '예미랩'에서 우주의 비밀을 밝혀낼 가능성이 있다. 이곳에서는 '암흑물질'과 '중성미자' 연구 등이 진행되고 있다. 암흑물질은 우주의 주요 구성 요소로 여겨지며, 우주 에너지의 약 26%를 차지한다고 추정된다. 중성미자는 우주를 구성하는 기본입자다. 암흑물질의 존재와 중성미자의 특성을 규명하는 연구는 세계 물리학계에서 우선적으로 풀어야 할 과제로 꼽고 있다. 암흑물질과 중성미자로부터 나오는 신호를 포착하는 것은 극히 어려운 일이므로, 배경 잡음을 최소화할 수 있는 연구 환경이 필수적이다. 이러한 이유로 전 세계 연구그룹들은 지하 깊은 곳에 실험시설을 구축해 경쟁적으로 연구를 진행하고 있다. 예미랩은 이러한 연구를 위한 1000미터 지하의 실험시설을 갖추고 있다. 예미랩을 구축한 기초과학연구원(IBS) 지하실험 연구단은 양양실험실에서 사용한 실험장비를 이전해, 예미랩에서 중성미자 미방출 이중베타붕괴(AMoRE-II) 연구와 암흑물질 탐색(COSINE-200) 프로젝트를 진행할 계획이다. AMoRE-II 실험은 중성미자의 물리적 특성을 규명하기 위해 몰리브덴을 사용하는 연구이다. 이 실험은 양양에서 수행된 AMoRE-I에 이어서 진행되며, 예미랩에서는 몰리브덴 결정의 크기를 기존 6kg에서 200kg까지 확대하여 연구를 계속할 예정이다. COSINE-200은 현재까지 직접적으로 관측되지 않은 암흑물질을 탐색하는 프로젝트이다. 이 연구는 우주의 약 26%를 차지하는 암흑물질을 찾기 위해, 지구에 도달하는 암흑물질 입자와 COSINE 실험의 검출기 내 결정과의 충돌 과정을 통해 암흑물질의 존재 흔적을 찾는다.
- IT/바이오
2023-11-07 09:52:00