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[ESGC] 미세플라스틱, 바다의 탄소 흡수 능력 약화
- 미세플라스틱이 바다의 탄소 흡수 능력까지 훼손하는 것으로 밝혀졌다. 전 세계 바다가 지구 온난화를 완화하는 핵심 역할을 해왔지만, 미세플라스틱의 급속한 확산이 이 같은 자연적 완충 기능을 약화시키고 있다는 연구 결과가 나왔다고 웹사이트 Phys.org가 지난 5일(현지시간)가 보도했다. 해양에 축적된 미세플라스틱이 이산화탄소(CO₂) 흡수 과정을 방해하며, 장기적으로는 기후 변화 대응 능력을 저하시킬 수 있다는 경고다. 아랍에미리트(UAE) 샤르자대 연구진이 국제 학술지 '저널 오브 해저더스 머티리얼즈: 플라스틱스(Journal of Hazardous Materials: Plastics)'에 게재한 연구에 따르면, 크기 5㎜ 이하의 미세플라스틱은 해양 생태계의 '생물학적 탄소 펌프(biological carbon pump)' 기능을 약화시키는 것으로 나타났다. 생물학적 탄소 펌프는 대기 중 CO₂를 해양 생물의 광합성과 먹이사슬을 통해 심해로 이동시키는 핵심 메커니즘으로, 지구 온도 조절에 결정적인 역할을 한다. 연구진은 미세플라스틱이 식물성 플랑크톤의 광합성을 저해하고, 동물성 플랑크톤의 대사 기능을 약화시켜 탄소 순환을 교란한다고 분석했다. 특히 미세플라스틱 표면에 형성되는 미생물 군집인 '플라스티스피어(plastisphere)'가 온실가스를 추가로 배출할 가능성도 제기됐다. 연구진은 일부 플라스틱이 분해되는 과정에서 메탄(CH₄)과 아산화질소(N₂O) 등 강력한 온실가스를 방출할 수 있다고 설명했다. 샤르자대 통합수자원처리기술학과의 이산울라 오바이둘라 부교수는 "해양은 지구 최대의 탄소 흡수원으로, 인류가 배출한 이산화탄소의 약 25%를 흡수해왔다"며 "미세플라스틱은 이 자연 방어막을 내부에서부터 약화시키는 보이지 않는 위협"이라고 지적했다. 미세플라스틱의 확산 속도는 이미 위험 수위를 넘어섰다는 평가다. 유엔환경계획(UNEP)에 따르면 전 세계 연간 플라스틱 생산량은 4억 톤을 넘어섰으며, 이 중 절반 이상이 일회용 제품이다. 지금까지 인류가 생산한 플라스틱 총량은 약 83억 톤에 달하며, 이 가운데 약 80%가 매립되거나 자연환경으로 유입된 것으로 추정된다. 재활용 비율은 9%에 불과하다. 해양 환경에 유입된 플라스틱은 파도, 자외선, 마찰 등에 의해 미세플라스틱으로 쪼개지며, 현재 바다에는 최소 수천만 톤 규모의 미세플라스틱이 축적된 것으로 추산된다. 최근 연구에서는 해수 1세제곱미터(㎥)당 수천 개에서 수만 개의 미세플라스틱 입자가 검출되는 해역도 보고됐다. 연구진은 이번 분석을 위해 2010년부터 2025년까지 발표된 관련 연구 89편을 종합 검토했다. 기존 연구가 미세플라스틱의 분포나 제거 기술에 집중해왔다면, 이번 연구는 기후 변화와의 연계성에 초점을 맞췄다는 점에서 의미가 있다. 논문 공동 저자인 스콧 채프먼 교수는 "미세플라스틱과 기후 변화는 별개의 문제가 아니라, 서로를 증폭시키는 구조적 위험"이라며 "플라스틱 오염을 줄이는 것이 곧 지구 온난화 대응의 일부가 되고 있다"고 강조했다. 연구진은 미세플라스틱 문제 해결을 위해 일회용 플라스틱 사용 감축, 폐기물 관리 체계 개선, 생분해성 소재 개발 확대와 함께, 미세플라스틱이 해양 탄소 순환과 수온, 산성화에 미치는 영향을 정량적으로 규명하는 연구가 시급하다고 제언했다. 오바이둘라 교수는 "미세플라스틱의 현재 영향이 미미해 보일 수 있지만, 축적 속도를 고려하면 미래의 기후·생태 위기는 훨씬 커질 수 있다"며 "이는 단순한 환경 문제가 아니라, 인류의 지속가능성을 좌우할 글로벌 과제"라고 말했다.
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[ESGC] 미세플라스틱, 바다의 탄소 흡수 능력 약화
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[신소재 신기술(215)] 중국, 세계 최고 성능 초중력 원심분리기 완공⋯'공간·시간 압축' 실험 현실화
- 중국이 초중력(超重力, hypergravity) 연구 분야에서 다시 한 번 자체 기록을 경신했다. 수백 톤급 원심분리기를 활용해 공간과 시간을 압축하는 실험 장비를 완공하며, 실험실 환경에서 수십 년·수백 미터 규모의 물리적 현상을 며칠 만에 재현할 수 있는 기반을 마련했다. 초중력은 지구 중력(1g)보다 훨씬 강한 중력이 작용하는 상태를 말한다. 여기서 g는 지구 표면에서의 중력가속도(약 9.8m/s²)를 기준으로 한 단위다. 초중력은 자연적으로는 거의 만들어지지 않기 때문에 대형 원심분리기를 이용해 인위적으로 만든다. 중국 국영 기업인 상하이전기 원자력 그룹(Shanghai Electric Nuclear Power Group)은 2025년 12월 22일 세계 최고 성능의 초중력 원심분리기 'CHIEF1900'의 구축을 완료했다고 밝혔다. CHIEF1900은 올해 9월 가동에 들어간 'CHIEF1300'을 불과 수개월 만에 넘어선 최신 장비로, 최대 1900 g톤(g-tonnes)의 초중력 환경을 구현할 수 있다. g톤은 중력가속도(g)에 회전 질량(톤)을 곱한 개념으로, 가정용 세탁기 탈수조가 만들어내는 중력이 2 g톤 수준에 불과한 것과 비교하면 압도적인 수치다. 이 장비는 중국 동부 저장성에 위치한 저장대학교(Zhejiang University)의 초중력·융합실험시설(CHIEF)에 설치됐다. 해당 시설은 진동을 최소화하기 위해 캠퍼스 지하 약 15미터 깊이에 조성됐으며, 총 사업비는 20억 위안(약 2억8500만 달러)에 달한다. 연구시설은 해외 연구자들에게도 개방돼 국제 공동연구의 거점 역할을 하도록 설계됐다. 초중력 연구의 목적은 우주비행과 같은 특수 환경에 국한되지 않는다. 강력한 중력장을 인위적으로 만들어 실제 자연·사회 기반시설에서 수십 년에 걸쳐 발생하는 변형과 응력을 축소된 모형에서 단기간에 재현하는 데 핵심 가치가 있다. 예를 들어 높이 3미터의 댐 모형을 100g 조건에서 회전시키면, 실제 높이 300미터 댐이 받는 응력과 유사한 물리적 조건을 만들어낼 수 있다. 이는 지구 중력과 자전에서 발생하는 원심력이 구조물에 작용한다는 원리를 극대화한 방식이다. 이 같은 '공간과 시간의 압축'은 토양 내 오염물질의 수천 년에 걸친 이동 경로, 고속철도 선로와 지반 간 공진 현상, 대형 토목 구조물의 장기 피로 누적 등을 실험실 수준에서 검증할 수 있게 한다. 현실 세계에서 실시간 관측이 사실상 불가능한 현상을 정밀하게 분석할 수 있다는 점에서 산업·환경·토목 분야 전반에 활용 가능성이 크다는 평가다. 다만 이 같은 대형 설비 구축은 기술적으로도 상당한 도전이었다. 초고속 회전 과정에서 발생하는 막대한 열을 제어하지 못하면 실험 자체가 불가능하기 때문이다. 연구진은 냉각재와 공기 환기를 결합한 진공 기반 온도 제어 시스템을 새로 개발해 열 방출 문제를 해결했다. 관련 내용은 홍콩 매체 사우스 차이나 모닝 포스트(South China Morning Post)를 통해 전해졌다. 앞서 미국 미시시피주 빅스버그에 위치한 미 육군 공병단 소속 1200g톤 용량의 미국산 원심분리기는 올해 9월 CHIEF 1300이 가동되기 전까지 초중력 연구 분야에서 세계 최고를 유지해왔다. 전문가들은 CHIEF1900의 완공이 중국이 초중력 연구에서 미국을 포함한 기존 선도국을 단기간에 추월했음을 상징적으로 보여주는 사례라고 평가한다. 초중력 기술이 기초과학을 넘어 대형 인프라 안전성 평가와 환경·에너지 연구로 확장될 경우, 향후 산업 경쟁력에도 적지 않은 영향을 미칠 것으로 전망된다.
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[신소재 신기술(215)] 중국, 세계 최고 성능 초중력 원심분리기 완공⋯'공간·시간 압축' 실험 현실화
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[ESGC] 미세플라스틱, 혈관 침투해 심장병 가속⋯수컷에서만 치명적 영향
- 미세플라스틱이 혈관 깊숙이 침투해 심혈관 질환을 촉진할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 특히 동일한 조건에서 수컷에서만 동맥경화가 현저히 악화되는 성별 차이가 관찰돼, 미세플라스틱의 인체 영향에 대한 새로운 경고 신호로 받아들여지고 있다. 미국 캘리포니아대 리버사이드(UCR) 의과대학 연구진은 일상적으로 노출될 수 있는 수준의 미세플라스틱이 동맥경화를 가속화할 수 있음을 동물실험을 통해 확인했다고 사이테크데일리가 지난 28일(현지시간) 보도했다. 연구진은 포장재·의류·플라스틱 제품에서 발생하는 미세플라스틱이 단순히 체내에 존재하는 데 그치지 않고, 혈관 내피세포 기능을 직접 교란해 죽상동맥경화의 진행을 촉발할 가능성이 있다고 설명했다. 해단 내용은 최근 국제학술지 국제 환경 저널(Environment International)에 게재됐다. 연구를 이끈 장청청 저우 교수는 "심혈관 연구 전반에서 남녀 간 반응 차이가 반복적으로 관찰돼 왔는데, 이번 결과도 그 연장선에 있다"며 "정확한 기전은 추가 규명이 필요하지만, 성염색체 차이와 에스트로겐의 보호 효과 등이 영향을 미쳤을 가능성이 있다"고 말했다. 환경 전반에 확산된 미세플라스틱 미세플라스틱은 이미 음식, 식수, 공기 전반에 퍼져 있으며, 최근에는 인체 내부에서도 검출되고 있다. 실제로 일부 임상 연구에서는 동맥경화 플라크(죽상반) 내부에서 미세플라스틱이 발견됐고, 체내 농도가 높을수록 심혈관 질환 위험이 증가하는 경향이 보고된 바 있다. 다만, 이 입자들이 질환을 유발하는 원인인지, 아니면 질병 과정에 동반되는 부산물인지는 명확히 밝혀지지 않았다. 저우 교수는 "미세플라스틱 노출을 완전히 피하는 것은 사실상 불가능하다"면서도 "일회용 플라스틱 사용을 줄이고, 플라스틱 용기 사용을 최소화하며, 고도로 가공된 식품 섭취를 줄이는 것이 현재로서는 현실적인 대응책"이라고 강조했다. 동물실험으로 확인된 성별 차이 연구진은 동맥경화 연구에 널리 활용되는 LDL 수용체 결핍 생쥐(LDLR 결손 생쥐)를 대상으로 실험을 진행했다. 수컷과 암컷 모두 비교적 건강한 사람의 식단에 해당하는 저지방·저콜레스테롤 사료를 제공받았으며, 9주간 체중 1㎏당 하루 10㎎의 미세플라스틱에 노출됐다. 이는 오염된 음식과 물을 통해 사람이 접할 수 있는 수준을 반영한 양이다. 그 결과, 수컷 생쥐에서는 동맥경화가 급격히 악화됐다. 심장과 연결된 대동맥 기시부의 플라크 면적은 63% 증가했고, 상흉부에서 갈라지는 완두동맥에서는 무려 624%까지 늘어났다. 반면 동일한 조건에 노출된 암컷 생쥐에서는 유의미한 변화가 관찰되지 않았다. 주목할 점은 미세플라스틱 노출이 체중 증가나 혈중 콜레스테롤 상승을 유발하지 않았다는 사실이다. 실험 개체들은 전반적으로 마른 체형을 유지했고, 혈중 지질 수치도 변화가 없었다. 이는 비만이나 고지혈증 같은 전통적 위험 요인과 무관하게 혈관 손상이 발생했음을 시사한다. 혈관 내피세포 기능 교란 확인 연구진은 단일세포 RNA 시퀀싱 분석을 통해, 미세플라스틱이 혈관을 보호하는 내피세포의 유전자 발현을 교란한다는 점을 확인했다. 내피세포는 혈관 내부를 덮고 염증 조절과 혈류 유지에 핵심적인 역할을 하는데, 미세플라스틱 노출 시 이 세포들이 가장 큰 영향을 받은 것으로 나타났다. 형광 표지된 미세플라스틱을 이용한 실험에서는 입자가 실제로 죽상반 내부와 내피층에 축적되는 모습도 관찰됐다. 이는 최근 인체 연구에서 보고된 결과와도 일치한다. 더 나아가 쥐와 인간의 내피세포 모두에서 플라크 형성을 촉진하는 유전자 활성화가 확인돼, 종을 초월한 공통 반응 가능성도 제기됐다. 인체 영향 규명은 과제 연구진은 이번 결과가 미세플라스틱과 심혈관 질환의 인과관계를 뒷받침하는 강력한 실험적 증거 중 하나라고 평가하면서도, 사람에게 동일한 현상이 나타나는지 확인하려면 추가 연구가 필요하다고 밝혔다. 특히 미세플라스틱의 크기·종류별 차이, 남녀 간 취약성 차이의 분자적 기전 규명이 향후 과제로 꼽힌다. 저우 교수는 "전 세계적으로 미세플라스틱 오염이 증가하는 상황에서, 심혈관 질환을 포함한 인체 영향에 대한 이해는 더 이상 미룰 수 없는 과제"라며 "이번 연구가 미세플라스틱을 단순한 환경 문제가 아닌 공중보건 문제로 인식하는 계기가 되길 바란다"고 말했다.
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[ESGC] 미세플라스틱, 혈관 침투해 심장병 가속⋯수컷에서만 치명적 영향
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[글로벌 핫이슈] 인도, 핵잠수함서 3,500km 타격 'K-4' 발사 성공⋯對중국 '수중 핵우산' 펼쳤다
- 인도가 자국산 핵추진 잠수함(SSBN)에서 중거리 잠수함발사탄도미사일(SLBM)인 'K-4'를 시험 발사하는 데 성공하며 전략적 핵 억제력을 과시했다. 사거리 3500km에 달하는 이 미사일은 인도양 심해에서 중국 내륙 등 적성국 주요 표적을 타격할 수 있어, 인도의 '수중 핵우산'이 완성 단계에 진입했음을 알리는 신호탄으로 평가된다. 인도 현지 매체 프리프레스저널(Free Press Journal) 등은 25일(현지 시간) 인도 국방연구개발기구(DRDO)가 지난 23일 벵골만 해상에서 핵추진 잠수함 'INS 아리가트(INS Arighat)'를 이용해 K-4 SLBM을 성공적으로 발사했다고 보도했다. INS 아리가트는 인도의 세 번째 핵추진 탄도미사일 잠수함(SSBN)으로, 2024년 8월 29일 인도 해군에 취역했다. 이번 시험은 미사일이 작전 배치 전 요구되는 모든 기술적 매개변수를 충족했는지 검증하기 위한 절차로 진행됐다. '칼람-4(Kalam-4)'로도 불리는 K-4는 핵탄두 탑재가 가능한 중거리 탄도미사일로, 약 2톤 중량의 탄두를 싣고 3,500km 떨어진 목표물을 타격할 수 있다. 이는 인도가 적의 선제 핵 공격을 받더라도 수중에서 즉각적인 보복 공격을 가할 수 있는 '제2격(Second Strike)' 능력을 획기적으로 강화했음을 의미한다. 아리한트급 최적화…고체 연료·NavIC 유도 탑재 DRDO가 개발하고 바라트 다이내믹스(Bharat Dynamics Limited)가 생산하는 K-4는 인도 해군의 주력 전략 자산인 아리한트(Arihant)급 잠수함 탑재를 목적으로 설계됐다. 길이 12m, 직경 1.3m, 중량 17톤의 제원을 갖췄으며, 신속한 발사와 은밀성이 요구되는 잠수함 환경에 맞춰 고체 연료 추진 방식을 채택했다. 특히 이번 미사일은 범지구위성항법시스템(GNSS)과 더불어 인도가 독자 개발한 위성항법시스템인 'NavIC'을 기반으로 유도되는 것이 특징이다. 과거 2010년 1월 비사카파트남 앞바다에서 진행된 비밀 시험 발사 당시, 수심 50m의 수압을 견디고 수면 위로 사출되어 로켓 부스터를 점화하는 '콜드 런치(Cold Launch)' 기술 등을 검증한 바 있다. 인도양의 '게임 체인저', 중국 영향력 차단 군사 전문가들은 K-4의 등장이 인도양 안보 지형을 뒤흔들 '게임 체인저'가 될 것으로 분석한다. 3,500km의 사거리는 인도 잠수함이 자국 근해인 벵골만에 머물면서도 파키스탄 전역은 물론 중국의 전략 거점까지 타격권에 둘 수 있음을 시사한다. 현지 보도에 따르면, 이번 성공은 최근 인도양 진출을 가속화하고 있는 중국 해군에 대한 강력한 견제구로 작용할 전망이다. 수중에서 은밀하게 기동하며 언제든 치명적인 핵 타격을 가할 수 있는 전력은 적의 선제공격 의지를 꺾고 역내 세력 균형을 유지하는 핵심 기제가 될 것으로 보인다.
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[글로벌 핫이슈] 인도, 핵잠수함서 3,500km 타격 'K-4' 발사 성공⋯對중국 '수중 핵우산' 펼쳤다
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[먹을까? 말까? (125)] 비타민 C, 초미세먼지로 인한 폐 손상 완화 가능성 제시
- 비타민 C가 초미세먼지로 인한 폐 손상을 일부 완화하는 데 기여할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 대기 중 초미세먼지(PM2.5)는 입자 지름이 2.5마이크로미터(㎛) 이하로, 천식과 폐암 등 각종 호흡기 질환과의 연관성이 지적돼 온 대표적인 대기오염 물질이다. 22일(현지시간) 사이언스얼럿에 따르면 호주 시드니공과대학(UTS) 연구진은 수컷 생쥐와 실험실에서 배양한 인간 폐 조직을 대상으로 미세먼지에 노출된 조직에 비타민 C를 투여하는 실험을 진행한 결과, 비타민 C가 공기 오염이 유발하는 주요 세포 손상을 일부 억제하는 효과를 보였다고 밝혔다. 연구에 따르면 비타민 C는 세포 내 에너지 생성에 핵심적인 미토콘드리아의 손실을 줄이고, 염증 반응을 완화했으며, 불안정한 활성 분자로 인해 발생하는 산화 스트레스로부터 세포를 보호하는 데 기여했다. 산화 스트레스는 세포 기능 이상과 조직 손상의 주요 원인으로 알려져 있다. 비타민 C는 대표적인 항산화 물질로, 연구진은 이러한 특성이 미세먼지로 인한 생체 손상을 완화할 수 있을지에 주목해 실험을 설계했다. 연구를 주도한 쉬 바이(徐白) 박사과정 연구원은 논문에서 "항산화 비타민 C 보충은 낮은 수준의 PM2.5 노출로 인한 부정적 영향을 완화하는 데 효과적이었으며, 고위험군에 대한 보조적 예방 수단으로 고려될 수 있다"고 밝혔다. 다만 연구진은 이번 결과가 동물 실험과 배양 조직을 기반으로 한 만큼, 실제 생활 환경에 있는 인간에게도 동일한 보호 효과가 나타나는지는 추가 검증이 필요하다고 강조했다. 실험에서 사용된 미세먼지 농도와 비타민 C 투여량은 정밀하게 조절된 조건으로, 일반인의 일상적 노출 환경과는 차이가 있을 수 있다는 점도 한계로 지적됐다. UTS 분자생물학자인 브라이언 올리버 교수는 "허용 범위 내에서 비교적 높은 용량의 비타민 C 섭취가 도움이 될 가능성을 시사한다"면서도 "개인의 건강 상태에 따라 적정 섭취량은 달라질 수 있는 만큼, 보충제 복용 전에는 반드시 의료 전문가와 상담할 필요가 있다"고 말했다. PM2.5는 교통 혼잡, 산불, 황사와 같은 자연·인위적 요인으로 발생하며, 최근 들어 인체에 미치는 유해성이 점차 명확해지고 있다. 연구진은 이번 실험을 통해 비교적 낮은 농도의 미세먼지라도 세포 수준에서는 심각한 손상을 초래할 수 있다는 점이 확인됐다고 설명했다. 실제로 실험에 사용된 미세먼지 농도는 선진국 다수 지역에서 관측되는 수준과 유사한 것으로 알려졌다. 연구진은 근본적으로는 대기 질 개선을 위한 정책적·사회적 노력이 병행돼야 한다는 점을 분명히 하면서도, 당장 노출을 피하기 어려운 상황에서는 비타민 C 섭취가 잠재적인 보완책이 될 수 있다고 평가했다. 올리버 교수는 "수억 명이 영향을 받는 전 지구적 문제에 대해 저비용의 예방 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 있다"며 "미세먼지는 안전한 노출 기준이 존재하지 않으며, 특히 산불 등으로 인해 폐 염증과 각종 만성 호흡기 질환을 유발할 수 있다는 사실이 다시 한번 확인됐다"고 말했다. 이번 연구 결과는 학술지 '국제 환경 저널(Environment International)'에 게재됐다.
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[먹을까? 말까? (125)] 비타민 C, 초미세먼지로 인한 폐 손상 완화 가능성 제시
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[우주의 속삭임(167)] 제임스웹 망원경, 레몬 모양의 '탄소 대기' 외계행성 포착
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 활용한 관측에서, 기존 행성 형성 이론으로는 설명하기 어려운 레몬 모양의 긴 타원형을 가진 특이한 외계행성이 포착됐다. 이 행성은 대기 성분부터 형성 과정까지 기존의 천문학적 상식을 근본적으로 흔드는 사례로 평가된다. 문제의 천체는 공식 명칭이 PSR J2322-2650b인 외계행성으로, 질량은 목성과 비슷하지만 대기 구성은 전례를 찾기 힘들다고 NASA는 설명했다. 헬륨과 탄소가 주성분인 이 행성의 대기에는 그을음 형태의 탄소 구름이 떠다니는 것으로 추정되며, 행성 내부 깊은 곳에서는 탄소가 응결돼 다이아몬드가 형성될 가능성도 제기됐다. 관련 연구 결과는 2025년 12월 18일(현지시간) 학술지 천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)에 게재됐다. 연구에 참여한 미국 카네기 지구·행성과학연구소의 피터 가오 박사는 "관측 데이터를 처음 확인했을 때 연구진 모두가 당혹감을 감추지 못했다"며 "기존 예측과는 전혀 다른 결과였다"고 밝혔다. 이 외계행성은 매우 특이하게도 맥동하는 중성자별인 '펄서(pulsar)' 주위를 공전하고 있다. 펄서는 초고속으로 자전하며 규칙적인 전자기파를 방출하는 천체로, 태양과 비슷한 질량을 지녔지만 크기는 도시 규모에 불과하다. 강력한 중력과 방사선 환경 탓에 펄서 주변에서 행성이 존재하는 사례는 극히 드물다. 이 펄서는 주로 감마선과 고에너지 입자를 방출해 적외선 관측에 거의 영향을 주지 않기 때문에, 연구진은 중심 천체의 간섭 없이 행성 자체의 대기를 정밀 분석할 수 있었다. 스탠퍼드대 박사과정 연구원 마야 벨레즈네이는 NASA 성명에서 "모항성은 보이지 않으면서 행성만 빛을 받아 드러나는 독특한 조건 덕분에 매우 깨끗한 스펙트럼을 확보할 수 있었다"고 설명했다. 관측 결과 독특한 레몬 모양의 행성만큼 대기의 구성 또한 특이한 것으로 밝혀졌다. 표면 온도가 섭씨 약2070도(화씨 3700도)에 달하는 이 행성은 태양계에서 가장 뜨거운 금성(약 460~470도씨)보다 온도가 약 4배 더 높다. 분석 결과, 행성 대기에서는 물(H₂O), 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂)와 같은 일반적인 분자 대신 C₂, C₃ 형태의 분자 탄소가 검출됐다. 시카고대학의 외계행성 과학자이자 이번 연구의 주 저자인 마이클 장 교수는 "이 정도 고온 환경에서는 산소나 질소가 조금이라도 존재할 경우 탄소가 결합해 다른 분자를 형성해야 하는데, 이 행성의 대기에는 그런 흔적이 거의 없다"고 밝혔다. 이 행성은 모항성으로부터 불과 약 160만㎞ 떨어진 초근접 궤도를 돌고 있으며, 공전 주기는 단 7.8시간에 불과하다. 강력한 중력 영향으로 행성의 형태는 구형이 아닌 레몬 모양으로 늘어져 있는 것으로 추정된다. 학계에서는 이 시스템을 '블랙 위도우(black widow)' 계열로 분류하지만, 일반적인 사례와는 성격이 다르다고 보고 있다. 블랙 위도우 계열은 강력한 펄서가 동반 천체를 점차 증발시키는 구조를 뜻하지만, 이 경우 동반체는 항성이 아닌 행성으로 분류된다. 국제천문연맹(IAU)은 질량이 목성의 13배 이하인 천체가 항성이나 항성 잔해를 공전할 경우 행성으로 규정한다. 현재까지 발견된 약 6000개의 외계행성 가운데 펄서를 공전하는 가스형 행성은 PSR J2322-2650b가 유일하다. 형성 기원 역시 미스터리다. 시카고대 장 교수는 "일반적인 행성처럼 형성됐다고 보기엔 대기 조성이 지나치게 이질적이고, 블랙 위도우 계열처럼 항성 외피가 벗겨진 결과로 보기도 어렵다"며 "알려진 어떤 형성 메커니즘으로도 설명되지 않는다"고 말했다. 공동 연구자인 스탠퍼드대의 로저 로마니 교수는 "행성 내부에서 탄소와 산소 혼합물이 결정화되면서 순수 탄소 결정이 상층으로 떠올라 헬륨과 섞였을 가능성"을 제시하면서도 "산소와 질소가 배제된 이유는 여전히 풀리지 않은 수수께끼"라고 밝혔다. 이번 발견은 제임스 웹 우주망원경의 고감도 적외선 관측 능력이 아니었다면 불가능했을 것이라는 평가다. NASA는 웹 망원경이 향후 외계행성 연구뿐 아니라 우주의 기원과 구조를 밝히는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대하고 있다.
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[우주의 속삭임(167)] 제임스웹 망원경, 레몬 모양의 '탄소 대기' 외계행성 포착
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[퓨처 Eyes(115)] 초저온 원자, 양자 터널링의 '숨겨진 마법 통로'를 열다
- 현대 기술의 미래를 이끌 양자 컴퓨터와 초정밀 센서의 심장부에는 조셉슨 효과(Josephson Effect)라는 중요한 양자 현상이 자리 잡고 있다. 이 현상은 초전도체(Superconductor) 회로의 핵심 부품인 조셉슨 접합(Josephson Junction)에서 일어난다. 조셉슨 접합은 두 개의 초전도체 사이에 얇은 절연층이 끼워진 구조로, 전자가 이 장벽을 에너지 손실 없이 뚫고 지나가는 양자 터널링(Quantum Tunneling) 현상을 가능하게 한다. 양자 터널링은 입자가 마치 터널이 없는 산을 에너지를 쓰지 않고 관통하는 마법과 같으며, 이 현상은 자기뇌파검사(MEG)와 같은 의료 진단 및 정밀 측정에 필수적이다. 하지만 조셉슨 접합이 작동하는 고체 초전도체 내부의 전자는 너무나 작고 빨라서, 이 현상이 발생하는 미시적 과정(Microscopic processes), 즉 에너지가 손실되고 소용돌이 형태의 들뜸(Excitations)이 어떻게 형성되는지를 직접 관찰하는 것은 불가능에 가까웠다. 라인란트팔츠 공과대학(RPTU)의 헤르빅 오트(Herwig Ott) 수석 연구원은 "조셉슨 접합의 미시적 과정은 오랫동안 숨겨져 있었다"고 지적했다. 초저온 원자: 움직이는 광학 장벽으로 회로를 재현하다 이 난해한 문제를 해결하기 위해, 독일 카이저슬라우테른-란다우 대학과 이탈리아 유럽 비선형 분광학 연구소(LENS)의 연구팀은 양자 시뮬레이션(Quantum Simulation) 기법을 활용했다. 이는 복잡하고 관찰하기 어려운 양자 시스템(초전도체)을 더 단순하고 관찰하기 쉬운 시스템(초저온 원자)으로 모방하여 실험하는 방식이다. 연구팀은 먼저 원자들을 극도로 낮은 온도(약 30~35나노켈빈, 절대 영도 근처)까지 냉각시켜 보스-아인슈타인 응축(Bose-Einstein Condensate, BEC) 상태로 만들었다. BEC 상태에서 수많은 원자들은 마치 하나의 거대한 양자 파동처럼 일사불란하게 움직인다. 팀은 집중된 레이저 빔을 사용하여 이 원자 집단을 분리하는 광학 장벽(Optical Barrier)을 만들었고, 이를 통해 '원자 조셉슨 접합(Atomic Josephson Junction)'을 구현했다. 루이지 아미코(Luigi Amico) 이탈리아 카타니아 대학 교수는 "장벽을 원자들을 통과시켜 움직이는 방식으로 초전도 전류를 달성할 수 있으며, 장벽 양단의 화학 퍼텐셜 차이가 전압 강하의 역할을 대신한다"고 설명했다. 원자의 동역학은 전자에 비해 느리기 때문에, 이 원자 시스템은 조셉슨 접합의 작동 과정을 "실시간으로, 고유하게 순수한 시각으로" 관찰할 수 있는 전례 없는 기회를 제공했다. 양자 표준 전압: 샤피로 계단의 보편성 확증 연구팀은 광학 장벽에 주기적인 왕복 진동(Oscillation)을 추가하여, 초전도체 회로에 교류 전류(Alternating Current)나 마이크로파 복사를 가하는 효과를 재현했다. 그 결과, 원자 전류를 증가시킴에 따라 장벽 양단의 화학 퍼텐셜 차이가 마치 계단처럼 특정 값에서 평평하게 유지되는 현상이 관찰되었다. 이것이 바로 샤피로 계단(Shapiro Steps)이다. 샤피로 계단은 그 높이가 오직 자연 상수와 진동 주파수에만 의존하며, 전압의 국제 표준인 '볼트(Volt)'를 정의하는 근거로 사용될 만큼 신뢰도가 높다. 헤르빅 오트 연구원은 "우리 실험에서 처음으로 그 결과로 발생하는 들뜸을 시각화할 수 있었다"며, "이 효과가 초저온 원자라는 완전히 다른 물리 시스템에서 나타난다는 사실은 샤피로 계단이 보편적인 현상(Universal Phenomenon)임을 확인시켜준다"고 강조했다. 실험은 보손 원자인 루비듐-87뿐만 아니라, 리튬-6 원자를 이용하여 페르미 기체와 분자 체제 등 다양한 양자 상태에서도 샤피로 계단이 나타남을 보였다. 이는 전자의 양자 세계와 원자의 양자 세계 사이에 다리를 놓는 획기적인 성과로 평가된다. 에너지 손실의 메커니즘: '와류' 움직임의 시각적 증거 이 실험의 가장 큰 통찰력은 샤피로 계단을 발생시키는 에너지 손실(Dissipation)의 근본적인 메커니즘을 시각적으로 포착한 것이다. 독일팀은 원자 밀도의 큰 들뜸인 와류 고리(Vortex Rings)가 장벽의 움직임과 반대 방향으로 전파되는 것을 관찰했다. 핵심은 계단의 수와 방출되는 와류 고리의 수가 정확히 일치했다는 점이다. 즉, 첫 번째 계단에서는 진동당 와류 고리 1개, 두 번째 계단에서는 2개가 발생했다. 이탈리아팀은 와류-반와류 쌍(Vortex-Antivortex Pairs)의 형태로 유사한 현상을 관찰했다. 이 와류는 마치 원자 구름 속에 생겨 원자 전류의 에너지를 소모하는 소용돌이와 같다. 이 소용돌이가 장벽을 넘어가는 원자들을 '붙잡아' 에너지를 잃게 만들면서, 전압이 특정 구간에서 더 이상 증가하지 않고 잠시 멈추는 '계단' 현상을 만들어내는 것이다. 프란체스코 스카자 교수는 "이 실험들은 와류와 같은 들뜸의 움직임이 양자 수송 현상을 어떻게 지배하는지 멋지게 보여준다"고 평하며, 이는 초전도 회로에서 오랫동안 미스터리였던 에너지 손실의 역할을 명확히 규명한 것이라고 덧붙였다. 원자트로닉스 시대: 새로운 양자 회로의 설계도 이번 연구는 미시적 동역학을 이해하는 교과서적인 사례일 뿐만 아니라, 원자트로닉스(Atomtronics)라는 새로운 공학 분야의 응용 가능성을 활짝 열었다. 원자트로닉스는 전자 대신 원자를 사용하여 전자 장치와 유사한 회로를 만드는 분야로, 양자 컴퓨팅과 초정밀 양자 센서에 응용될 잠재력이 높다. 연구팀은 원자 조셉슨 접합을 여러 개 연결하여 '원자 회로'를 구축할 계획이다. 이러한 원자 회로는 고체 회로의 불순물 문제를 피하고, 파동적 효과(Coherent effects)를 관찰하는 데 특히 적합하다. 멕시코 국립자치대학교의 로시오 하우레기-레노(Rocío Jauregui-Renaud) 교수는 "제시된 결과는 원자트로닉스 회로를 통한 원자의 정확한 순환적 전달로 이어질 수 있으며, 이는 이 아키텍처 개발의 중요한 단계"라고 강조했다. 궁극적으로, 이 연구는 초전도 큐비트 개발의 오랜 숙원이었던 '초청정 전자 조셉슨 접합'을 만드는 데 필요한 과학적 통찰력을 제공하며, 미래 양자 기술의 설계도로서 그 가치를 빛내고 있다.
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[퓨처 Eyes(115)] 초저온 원자, 양자 터널링의 '숨겨진 마법 통로'를 열다
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[우주의 속삭임(165)] 유로파 얼음 아래 포착된 '거미 지형'⋯외계 생명 단서 될까
- 캡션 NASA JPL의 저온 글러브 박스 안에서 유로파 과립 얼음 모사체에 액체 물을 흘려보내 만들어낸 작은 수지상 "실험실 별". 사진 제공=로렌 맥케온 교수 목성의 위성 유로파(Europa) 표면에서 거대한 거미 모양의 특이 지형이 포착돼 과학자들의 관심을 끌고 있다. 해당 구조는 유로파의 얼음 지각 아래에서 물이 분출하며 형성된 흔적일 가능성이 제기되면서, 외계 생명체 존재 가능성과 직결된 중요한 단서로 주목받고 있다. 아일랜드 연구진을 중심으로 한 국제 행성과학자들은 최근 유로파 표면에서 거미 또는 방사형 별 모양을 닮은 독특한 지형을 분석하고, 이를 '다만 알라(Damhán Alla)'로 명명했다. 아일랜드어로 '거미'를 뜻하는 이 표현은 문학적으로는 '벽의 악령'이라는 의미도 지닌다. 해당 내용에 대해서는 퓨처리즘, 웹사이트 PHYS.org등 다수 외신이 보도했다. 이번 연구와 명명 작업을 이끈 과학자들은 트리니티 칼리지 더블린 졸업생이자 센트럴 플로리다 대학교 물리학과 교수인 로렌 맥키온을 중심으로, 트리니티 칼리지 졸업생인 제니퍼 스컬리 박사, NASA 제트 추진 연구소(JPL), 브라운 대학교, 행성 과학 연구소 소속 연구원들이 참여했다. 연구 결과는 국제 학술지 '행성과학 저널(The Planetary Science Journal)'에 게재됐다. 연구진은 다만 알라와 유사한 지형들이 유로파의 얼음 지각 아래에서 염분을 포함한 물이 대규모로 분출되며 생긴 '빙하성 상처'일 가능성이 크다고 분석했다. 화성의 '거미 지형'은 계절적 드라이아이스 층 아래에서 빠져나오는 가스에 의해 먼지와 모래가 침식될 때 형성되지만, 맥키운 교수 연구팀은 유로파 마난난 크레이터의 '별 모양 지형'이 충돌 이후에 형성되었을 수 있다고 추정했다. 즉, 충돌로 인해 깨진 얼음 사이로 얼음 껍질 내부의 액체 염수가 밀려나와 지구 호수 별과 유사한 패턴을 형성했을 가능성이 있다는 것이다. 논문의 주저자인 로런 맥키온 미국 센트럴플로리다대 물리학 교수는 "이 같은 표면 구조는 얼음 아래에서 어떤 활동이 벌어지고 있는지를 보여주는 중요한 단서"라며 "현재 목성으로 이동 중인 NASA의 유로파 클리퍼 탐사선이 이와 유사한 지형을 추가로 관측한다면, 지표 바로 아래에 염수 웅덩이나 해양이 존재한다는 가설을 더욱 강하게 뒷받침할 수 있을 것"이라고 설명했다. 유로파는 목성의 4대 갈릴레이 위성 가운데 가장 작지만, 두꺼운 얼음층 아래에 염분을 포함한 액체 바다가 존재할 가능성이 높아 태양계 내 외계 생명체 탐사의 최우선 후보로 꼽혀왔다. 다만 알라는 1989년부터 2003년까지 임무를 수행한 NASA의 갈릴레오 탐사선이 유로파를 11차례 근접 비행하는 과정에서 처음 관측됐다. 연구진은 지름 약 1㎞에 이르는 다만 알라를 지구의 '레이크 스타(lake star)' 또는 '아이스 스타(ice star)' 현상과 비교했다. 레이크 스타는 눈 덮인 얼어붙은 호수에서 얼음에 작은 구멍이 생기며 물이 분출돼 방사형 가지 무늬를 형성하는 현상으로, 과학적으로는 '수지상(dendritic) 구조'로 불린다. 연구진은 유로파에서도 유사한 수지상 패턴이 관측된 점에 주목하며, 이는 얼음 지각이 외부 충격 등으로 갈라진 뒤 염분을 포함한 물이 분출됐음을 시사한다고 분석했다. 이는 유로파 표면 바로 아래에 소규모 물 저장층이 존재하거나, 더 깊은 곳에 광범위한 해양이 자리하고 있을 가능성을 뒷받침한다. 맥키온 교수는 "지구의 레이크 스타는 흔하면서도 매우 아름다운 자연 현상"이라며 "이와 유사한 구조가 유로파에서 발견됐다는 사실은, 유로파뿐 아니라 태양계의 다른 얼음 위성들에서 벌어지는 내부 과정을 엿볼 수 있는 창을 열어준다"고 말했다. 유로파의 얼음 지형에 대한 관측은 지금까지 갈릴레오 탐사선이 촬영한 이미지에만 국한되어 있었다. 맥키온 교수 연구팀은 2030년 목성계에 도착 예정인 NASA의 유로파 클리퍼 탐사선이 제공할 고해상도 이미지를 통해 얼음 지형에 대한 더 자세한 연구를 진행할 것으로 기대하고 있다. 이번 연구는 향후 유로파 클리퍼 탐사 결과와 맞물려, 얼음 위성 내부 해양과 외계 생명 가능성에 대한 과학적 이해를 한층 끌어올릴 것으로 기대된다. ◇ 참고 문헌: Lauren E. Mc Keown 외, 유로파 마난난 분화구 거미 지형의 지구 유사체로서의 호수별, 행성과학 저널 (2025). DOI: 10.3847/psj/ae18a0
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[우주의 속삭임(165)] 유로파 얼음 아래 포착된 '거미 지형'⋯외계 생명 단서 될까
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[우주의 속삭임(164)] 화성에 가면 더 빨리 늙는다?⋯상대성이론이 만든 '시간의 차이'
- 화성의 시간은 지구보다 빨리 간다는 연구 결과가 발표돼 통신·항법 체계의 재설계가 필요하다는 지적이 나왔다. 인류가 화성 탐사와 유인 거주를 본격적으로 논의하는 가운데, 화성에서의 시간 흐름이 지구와 다르게 작동한다는 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 연구 결과가 다시 주목받고 있다고 과학기술 전문 매체 뉴아틀라스가 보도했다. 상대성이론에 따르면 화성에 머무는 사람은 지구에 있을 때보다 매일 약 477마이크로초(100만분의 1초) 만큼 더 빠르게 나이를 먹는 것으로 계산된다. 단위로는 미미해 보이지만, 장기간 누적될 경우 무시할 수 없는 차이를 만든다. 이 같은 현상은 알베르트 아인슈타인의 상대성이론에서 비롯된다. 상대성이론은 시간과 공간이 분리된 절대적 개념이 아니라 관측자의 위치와 속도, 그리고 중력 환경에 따라 달라진다는 점을 설명한다. 특히 시간은 공간과 결합된 네 번째 차원으로, 어떻게 흐르는지는 관측자의 조건에 따라 달라진다. 이른바 '시간 지연(time dilation)' 현상은 오랫동안 공상과학의 소재로 다뤄졌지만, 이미 현대 기술에서 실질적인 문제로 작용하고 있다. 대표적인 사례가 위성항법시스템(GPS)이다. GPS 위성은 지구 표면보다 약 2만 km 상공을 초속 4km 이상으로 이동하는데, 이 속도로 인해 위성 시계는 지상 시계보다 하루 약 7마이크로초 느리게 간다. 여기에 중력 효과가 더해진다. 상대성이론에 따르면 중력이 강할수록 시간은 느리게 흐른다. 지구보다 중력이 약한 궤도 상에서는 오히려 시간이 빨라지며, GPS 위성은 이 효과로 하루 약 45마이크로초를 '얻는다'. 두 효과를 합산하면 위성 시계는 지상보다 하루 38마이크로초 빠르게 움직인다. 이러한 차이를 보정하지 않으면 위치 계산 오차가 하루 수 km에 달해, GPS는 사실상 작동할 수 없게 된다. 인류의 활동 무대가 지구 궤도를 넘어 우주로 확장되면서 시간 보정 문제는 더욱 복잡해지고 있다. 미국 항공우주국(나사·NASA)과 관련 연구진은 이미 달에서의 시간 체계를 별도로 정의할 필요성을 제기해 왔다. 달에서는 시간이 지구보다 하루 약 56마이크로초 빠르게 흐르는 것으로 계산된다. 화성의 경우 상황은 한층 더 복잡하다. 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 닐 애슈비와 비주나트 파틀라 연구진은 화성에서의 시간 흐름을 정밀 계산한 결과, 화성의 시간은 평균적으로 지구보다 하루 477마이크로초 빠르며, 연중 최대 266마이크로초의 변동 폭이 발생한다고 밝혔다. 이는 화성이 달과 달리 태양을 중심으로 한 타원 궤도를 따라 움직이며, 공전 속도가 일정하지 않기 때문이다. 여기에 화성 자체의 중력과 궤도 흔들림까지 고려해야 해 계산은 '4체 문제'로 확장되며 난도가 크게 높아진다. 문제는 이러한 시간 차이가 단순한 이론적 논의에 그치지 않는다는 점이다. 화성 탐사선과 기지, 위성, 통신망이 유기적으로 연결되는 이른바 '태양계 인터넷' 환경에서는 시간 오차가 곧 통신 오류와 데이터 손실로 이어질 수 있다. 연구진은 화성 환경에서는 고정된 보정값이 아닌 상시 변화하는 동적 시간 보정 체계가 필요하다고 지적한다. 애슈비 연구원은 "화성에서 시간이 어떻게 흐르는지를 처음으로 명확히 파악했다는 점에서 의미가 크다"며 "시간은 상대성이론의 핵심 요소로, 단순해 보이지만 실제 계산과 적용은 매우 복잡하다"고 설명했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '천문학 저널(The Astronomical Journal)'에 게재됐다. 인류가 화성 정착을 현실적인 목표로 삼는 시점에서, '시간'이라는 기본 단위마저 새롭게 정의해야 할 필요성이 점차 분명해지고 있다.
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[우주의 속삭임(164)] 화성에 가면 더 빨리 늙는다?⋯상대성이론이 만든 '시간의 차이'
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[우주의 속삭임(161)] 소행성 베누 시료서 생명 핵심 성분 검출⋯NASA, 태양계 기원 새 단서 확보
- 미국 항공우주국(나사·NASA)은 2일(현지시간) 소행성 베누(Bennu)에서 채취한 시료 분석을 통해 생명 기원의 핵심 단서가 될 수 있는 당류와 미지의 유기 고분자 물질, 그리고 초신성 기원의 성간 먼지가 대량으로 포함돼 있다는 사실을 새롭게 확인했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)와 네이처 아스트로노미(Nature Astronomy)에 3편의 논문으로 동시에 공개됐다. NASA의 소행성 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)가 지구로 전달한 베누 시료에서는 생명체에 필수적인 당 성분인 리보스(ribose)와 포도당(glucose)이 검출됐다. 일본 도호쿠대 후루카와 요시히로 교수 연구진은 5탄당 리보스와 함께, 외계 물질에서 처음으로 6탄당 포도당이 발견됐다고 밝혔다. 이들 당류는 생명 존재 자체를 의미하지는 않지만, DNA와 RNA, 단백질 형성의 기본 요소가 태양계 전반에 광범위하게 존재했음을 시사하는 결정적 증거로 평가된다. 리보스는 RNA의 핵심 구성 성분으로, 정보 전달과 생화학 반응을 담당하는 분자의 골격을 이룬다. 앞서 DNA와 RNA를 구성하는 5종의 핵염기와 인산염이 이미 베누 시료에서 확인된 가운데, 이번 리보스 검출로 RNA를 형성하는 모든 기본 요소가 베누에 존재했다는 사실이 입증됐다. 연구진은 베누 시료에서 디옥시리보스가 발견되지 않은 점에 주목하며, 초기 태양계 환경에서는 DNA보다 RNA가 생명 기원의 핵심 분자로 작용했을 가능성이 크다는 'RNA 월드(RNA World)' 가설을 뒷받침한다고 설명했다. 또 베누 시료에서는 생명체의 주요 에너지원으로 사용되는 포도당도 확인됐다. 이는 현재의 생명체 에너지 대사에 필수적인 물질이 생명 탄생 이전의 태양계 환경에도 이미 존재했음을 의미한다. 두 번째 논문에서는 베누 시료에서 지금까지 한 번도 보고된 적 없는 '껌(gum)'과 유사한 고분자 유기물질이 발견됐다는 사실이 공개됐다. 미국 NASA 에임스연구센터의 스콧 샌퍼드 박사와 UC버클리의 잭 게인스포스 박사가 주도한 이 연구에 따르면, 해당 물질은 질소와 산소가 풍부한 고분자 구조를 지닌 유기물로, 초기 태양계에서 베누의 모천체가 가열되는 과정에서 형성된 것으로 추정된다. 이 물질은 한때 부드럽고 유연했으나 현재는 굳어진 상태로, 얼음과 광물 입자 표면에 층층이 침착돼 있었다. 연구진은 이 유기물이 생명 발생에 필요한 화학 반응의 전구 물질 역할을 했을 가능성에 주목하고 있다. 샌퍼드 박사는 "이 물질은 태양계 형성 초기, 극히 이른 시점에 일어난 물질 변화의 흔적으로 보인다"며 "말 그대로 '시작의 시작'에 해당하는 사건을 보여준다"고 설명했다. 전자현미경과 X선 분광 분석 결과, 이 물질은 지구의 폴리우레탄과 유사한 화학 구조를 일부 지닌 것으로 나타났다. 다만 일정한 규칙성을 갖는 인공 고분자와 달리, 베누의 유기물은 불규칙적이고 복합적인 결합 구조를 띠는 것으로 확인됐다. 연구진은 이를 '우주 플라스틱(space plastic)'에 비견하며, 향후 추가 분석을 통해 보다 정밀한 화학적 기원을 규명할 계획이다. 세 번째 논문에서는 베누 시료에서 태양계 형성 이전 별에서 생성된 '성간 입자(presolar grains)'가 다량 포함돼 있다는 점이 새롭게 밝혀졌다. NASA 존슨우주센터의 응우옌 앤 박사 연구팀은 베누 시료에서 초신성 폭발로 만들어진 먼지의 비율이 기존에 분석된 어떤 우주 암석보다 최대 6배 이상 높다고 보고했다. 이는 베누의 모천체가 초신성 잔해가 특히 풍부한 원시 원반 영역에서 형성됐음을 시사한다. 동시에 베누의 모천체는 과거 물에 의한 광범위한 변질 작용을 겪었음에도 불구하고, 일부 영역에서는 초기 상태가 거의 보존된 성간 물질과 유기물이 함께 남아 있었던 것으로 확인됐다. 응우옌 박사는 "수용성 변질에 쉽게 파괴되는 성간 규산염과 유기물이 동시에 보존됐다는 점은 매우 이례적"이라며 "베누의 시료가 태양계 형성 당시 물질의 다양성을 고스란히 보여준다"고 강조했다. 이번 연구는 태양계 초기 물질 순환, 생명 기원 물질의 우주적 분포, 그리고 생명 탄생의 조건을 입체적으로 재구성할 수 있는 결정적 단서를 제공했다는 평가를 받는다. NASA는 베누 시료 분석이 향후 다른 천체 탐사와 외계 생명 탐색 연구의 과학적 기준점이 될 것으로 기대하고 있다. 오시리스-렉스 임무는 NASA 고다드우주비행센터가 총괄 관리했으며, 애리조나대가 과학을 주도했다. 우주선 제작과 운용은 록히드마틴이 맡았고, 항법은 고다드와 키네틱스 에어로스페이스가 담당했다. 시료 보관·분석은 NASA 존슨우주센터에서 이뤄지고 있으며, 캐나다우주국(CSA), 일본 우주항공연구개발기구(JAXA) 등 국제 협력도 함께 진행되고 있다.
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[우주의 속삭임(161)] 소행성 베누 시료서 생명 핵심 성분 검출⋯NASA, 태양계 기원 새 단서 확보
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[먹을까? 말까?(123)] 미국 식탁의 '대두유'가 비만 부른다?⋯체중 증가 연결 고리 첫 규명
- 미국에서 가장 많이 소비되는 식용유인 대두유(콩기름)가 비만을 유발하는 대사 경로와 관련이 있다는 연구 결과가 나왔다. 다만 이번 연구는 동물 실험을 기반으로 한 것으로, 인간에게 동일한 효과가 나타나는지에 대해서는 추가 검증이 필요하다는 점에서 해석에 신중함이 요구된다. 미국 캘리포니아대 리버사이드(UCR) 연구진은 대두유가 풍부하게 포함된 고지방 식단을 섭취한 실험쥐 대부분이 유의미한 체중 증가를 보였으나, 유전자 변형을 통해 특정 간 단백질의 구조가 달라진 쥐들은 같은 식단에서도 비만이 나타나지 않았다고 밝혔다고 UC리버사이드뉴스가 전했다. 이 간 단백질은 체내 지방 대사와 관련된 수백 개 유전자의 발현에 영향을 미치며, 대두유의 주요 성분인 리놀레산(linoleic acid)의 대사 방식에도 변화를 주는 것으로 확인됐다. 해당 연구는 국제 학술지 '지질 연구 저널(Journal of Lipid Research)'에 게재됐다. 연구의 교신저자인 소니아 디올(Sonia Deol) UCR 생의학 연구원은 "이번 발견은 대두유를 많이 섭취하는 식단에서 왜 일부 사람은 더 쉽게 체중이 증가하는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있다"고 설명했다. UCR 연구진에 따르면 인간의 경우에는 두 가지 형태의 간 단백질(HNF4α)이 존재하는데, 대체형 단백질은 만성 질환, 단식에 따른 대사 스트레스, 알코올성 지방간 등 특정 조건에서 주로 생성되는 것으로 알려져 있다. 연구진은 연령, 성별, 약물 복용, 유전적 차이와 같은 요인들이 이러한 단백질 발현 차이에 영향을 미쳐 대두유의 대사 효과에 대해서도 개인별 민감도가 달라질 수 있다고 분석했다. 이번 연구는 앞서 UCR 연구진이 2015년 발표한 "대두유가 코코넛 오일보다 비만 유발 가능성이 높다"는 연구를 한층 구체화한 것이다. 당시 연구는 현상 수준의 연관성을 제시하는 데 그쳤다면, 이번 연구는 비만과 직접 연결되는 생화학적 경로를 보다 정밀하게 규명했다는 점에서 의미가 크다. 프랜시스 슬래덱(Frances Sladek) UCR 세포생물학 교수는 "문제는 기름 자체나 리놀레산 그 자체가 아니라, 인체 내에서 이 지방이 어떤 물질로 전환되느냐에 있다"고 설명했다. 연구진에 따르면 리놀레산은 체내에서 '옥실리핀(oxylipins)'이라는 분자로 전환되며, 이 물질이 과도하게 생성될 경우 염증 반응과 지방 축적을 촉진하는 것으로 나타났다. 일반 실험쥐는 대두유 기반 고지방 식단에서 옥실리핀 수치가 크게 증가했으나, 유전자 변형 쥐는 동일한 식단에서도 옥실리핀 수치가 현저히 낮게 유지됐고, 간 건강 지표 역시 양호한 상태를 보였다. 특히 이들 쥐에서는 미토콘드리아 기능이 개선된 것으로 확인돼, 체중 증가에 대한 저항력과의 연관성도 추가로 제기됐다. 연구진은 비만을 유발하는 핵심 물질이 리놀레산과 알파-리놀렌산에서 유래한 특정 옥실리핀이라는 점도 규명했다. 다만 유전자 변형 쥐의 경우 저지방 식단에서도 옥실리핀 수치가 높게 나타났음에도 비만으로 이어지지 않았다는 점에서, 옥실리핀만으로 비만을 설명하기는 어렵고 다른 대사 요인들이 함께 작용할 가능성도 제기됐다. 추가 분석 결과, 유전자 변형 쥐에서는 리놀레산을 옥실리핀으로 전환하는 두 개의 주요 효소군의 활성도가 크게 낮은 것으로 나타났다. 이 효소들의 기능은 인간을 포함한 모든 포유류에서 매우 유사한 구조로 보존돼 있으며, 유전적 요인과 식습관, 환경 요인에 따라 활성도에 큰 차이가 발생하는 것으로 알려져 있다. 연구진은 특히 혈액 내 옥실리핀 수치가 아니라 간 내 옥실리핀 수치만이 체중과 직접적인 상관관계를 보였다는 점에 주목했다. 이는 일반적인 혈액 검사만으로는 초기 대사 이상을 충분히 포착하기 어렵다는 의미로 해석된다. 한편, 미국에서 대두유 소비는 지난 100년간 급격히 증가했다. 전체 칼로리 섭취에서 차지하는 비중은 약 2% 수준에서 현재는 10%에 육박한다. 대두유는 식물성 단백질 원천인 대두에서 추출되며 콜레스테롤이 없다는 장점이 있지만, 연구진은 초가공식품을 중심으로 리놀레산이 과잉 섭취되는 구조가 만성 대사 질환을 부추기고 있을 가능성에 주목하고 있다. 실제 이번 연구에서는 콜레스테롤이 없는 대두유를 섭취한 쥐에서 오히려 혈중 콜레스테롤 수치가 상승한 현상도 관찰됐다. 연구팀은 현재 옥실리핀 생성 경로가 체중 증가를 유발하는 정확한 생물학적 메커니즘과, 옥수수유·해바라기유·홍화유처럼 리놀레산 함량이 높은 다른 식용유에서도 유사한 현상이 나타나는지를 추가로 분석 중이다. 디올 연구원은 "대두유 자체가 본질적으로 해로운 것은 아니지만, 현재와 같은 과도한 섭취량은 인체가 진화 과정에서 감당하도록 설계되지 않은 대사 경로를 자극하고 있다"고 말했다. 이번 연구는 아직 인간 대상 임상시험으로 확대될 계획은 없지만, 향후 식품 정책과 영양 지침, 만성질환 예방 전략 수립에 참고 자료로 활용될 가능성은 크다. 슬래덱 교수는 "담배와 암의 연관성이 처음 관찰된 이후 경고 문구가 도입되기까지 100년이 걸렸다"며 "대두유 과잉 섭취와 건강 문제의 연관성도 그만큼 오랜 시간이 걸리지 않기를 바란다"고 말했다.
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[먹을까? 말까?(123)] 미국 식탁의 '대두유'가 비만 부른다?⋯체중 증가 연결 고리 첫 규명
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[단독] 코스트코 와인 90만 병 리콜⋯'자발적 파손 위험' 경고
- 코스트코에서 판매된 인기 와인 약 90만 병이 병 자체가 파손될 위험이 있다는 이유로 리콜 조치에 들어갔다고 미국 폭스비즈니스(FOX Business)가 13일(이하 현지시간) 보도했다. 미국 F&F 파인 와인 인터내셔널(F&F Fine Wines International·Ethica Wines)은 코스트코의 '커클랜드 시그니처 발도비아데네 프로세코 DOCG(Kirkland Signature Valdobbiadene Prosecco DOCG)' 제품에 대해 자발적 리콜을 시행했다. 미국 소비자제품안전위원회(CPSC)는 13일 성명을 통해 '커클랜드 시그니처 발도비아데네 프로세코 DOCG' 유리병 일부를 리콜한다고 발표했다. CPSC는 해당 제품 일부가 "프로세코 병은 깨지거나 산산조각이 나서 상처가 날 위험이 있다"고 경고했다. 이번 리콜은 약 94만1400병에 해당한다. 리콜은 소비자 신고 10건이 접수된 뒤 시작됐다. 이 가운데 1건은 실제 베임 부상으로 이어졌다고 회사 측은 설명했다. 리콜 대상 제품은 녹색 병에 보라색 포일과 보라색 라벨이 부착되어 있으며, UPC 코드 196633883742, 코스트코 상품번호 1879870이 기재된 제품이다. 해당 와인은 2025년 4월부터 8월 사이 미국 아이오와, 일리노이, 인디애나, 켄터키, 미시간, 미네소타, 미주리, 노스다코타, 네브래스카, 오하이오, 사우스다코타, 위스콘신 등 12개 주의 코스트코 매장에서 병당 약 8달러에 판매됐다. 코스트코는 지난 9월 고객들에게 발송한 안내문에서 "미개봉 병이 파손되는 사례가 확인돼 리콜이 진행 중"이라고 고지한 바 있다. CPSC는 소비자들에게 "해당 제품 사용을 즉시 중단하고 폐기할 것"을 권고하며, 환불 절차는 제조사인 에티카 와인즈(Ethica Wines)로 문의해 코스트코 전액 환불을 안내받으라고 지침을 밝혔다. 에티카 와인즈는 이날 페이스북 게시물을 통해 전액 환불을 원하는 소비자들에게 연락처 정보를 공개했다. NBC뉴스에 따르면 이번 리콜은 코스트코가 자사 고객에게 동일한 제품에 대한 유사한 공지를 발표한지 거의 두 달만에 이뤄졌다. 코스트코는 지난 9월 공지에서 "만지거나 사용하지 않더라도 개봉되지 않은 병이 깨질 위험이 있다"고 밝혔다.
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[단독] 코스트코 와인 90만 병 리콜⋯'자발적 파손 위험' 경고
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[주간 월가 레이더] 뉴욕증시, 강세장 지속에도 고점 부담 직면⋯AI 투자 성과·연준 긴축 우려 '겹악재'
- 굳건한 강세를 이어온 뉴욕 증시가 대규모 기업 실적 발표를 앞두고 인공지능(AI) 관련 투자 성과와 연방준비제도(연준·Fed)의 통화 긴축 리스크라는 두 가지 핵심 난제와 마주했다. 스탠더드앤드푸어스(S&P)500 지수는 10월 한 달간 2.3% 상승하며 6개월 연속 오름세를 기록했고, 나스닥 종합지수 역시 7개월 연속 상승하며 2018년 이후 최장 기록을 세웠다. 이는 예상치를 상회한 기업 실적 덕분이다. 현재까지 발표된 S&P 500 기업의 3분기 이익은 전년 대비 13.8% 증가할 것으로 예상되며, 응답 기업 중 83%가 예상치를 웃도는 '어닝 서프라이즈'를 기록했다. 하지만 시장은 이번 주 130개 이상의 S&P 500 기업의 실적 발표를 앞두고 일부 대형 기술주의 혼조세에 주목하고 있다. 분기 실적 발표 후 메타 플랫폼스(Meta Platforms)와 마이크로소프트(Microsoft)가 AI 확장 비용 증가 우려로 주가가 하락한 반면, 알파벳(Alphabet)과 아마존(Amazon)은 견조한 현금 흐름과 클라우드 부문 성장세로 주가가 상승했다. 특히 AI 열풍은 지난 3년간 S&P500 지수를 90% 끌어올린 동력이었으나, 이제 투자자들은 AI 투자가 실질적인 수익으로 이어지고 있는지에 대한 명확한 증거를 요구하기 시작했다. 여기에 연준의 통화정책 불확실성이 더해지며 투자심리가 위축되고 있다. 제롬 파월 연준 의장은 지난 통화정책 회의 후 "12월 회의에서 금리 인하는 기정사실이 아니다"라고 발언하며, 당초 시장이 거의 확정적이라 여겼던 연내 추가 금리 인하 기대에 찬물을 끼얹었다. 에드워드 존스(Edward Jones)의 앵겔로 쿠르카파스(Angelo Kourkafas) 선임 글로벌 투자 전략가는 현재 S&P 500의 주가수익비율(Forward P/E)이 23을 상회하며 닷컴 버블 이후 최고 수준에 근접한 상황에 대해 "닷컴 버블 당시와 유사한 수준의 멀티플을 지불하는 것을 투자자들이 꺼릴 수 있다고 가정한다면, 앞으로의 수익률을 견인하기 위해서는 기업 이익이 고군분투해야 할 것"이라고 경고했다. 엎친 데 덮친 격으로 연방정부 셧다운 장기화로 인해 공식적인 고용 보고서 발표가 지연되면서, 투자자들은 ADP 고용 보고서 등 대안적인 사설 데이터에 더욱 의존해야 하는 상황이다. 다코타 웰스 매니지먼트(Dakota Wealth Management)의 로버트 파블릭(Robert Pavlik) 선임 포트폴리오 매니저는 "미국 정부로부터 어떠한 데이터도 얻을 수 없는 상황에서 기업들의 정리해고 소식이 잇따르는 것은 불안감을 키운다"고 지적했다. 이번 주에는 AMD, 퀄컴, 팔란티어, 우버, 맥도날드 등 주요 기업들이 실적을 발표하며 시장의 다음 방향을 결정할 전망이다. [미니해설] 월가 전문가들, 'AI 기대와 금리 인하 후퇴' 시장 변동성 경고 뉴욕 증시의 강세장 흐름은 수많은 기록을 갈아치우며 굳건한 모습을 보여주고 있다. S&P 500 지수는 10월에 2.3% 상승하며 6개월 연속 오름세를 기록했다. 특히 기술주 중심의 나스닥 종합지수는 이보다 더 강력해 7개월 연속 상승하며 2018년 이후 가장 긴 연속 상승 기록을 세웠다. 올해 들어 S&P 500은 16%, 나스닥은 약 23% 급등하며 '상승장의 힘'을 증명했다. 이러한 상승의 근간에는 기업들의 견조한 3분기 실적이 자리한다. 금융 정보 업체 LSEG IBES에 따르면, 현재까지 집계된 S&P500 기업의 3분기 이익은 전년 동기 대비 13.8% 증가할 전망이며, 이는 월가 예상치를 크게 웃도는 수치다. 더 고무적인 것은, 이번 실적 시즌에서 예상치를 초과 달성한 기업의 비율이 83%에 달한다는 점이다. 넷 데이비스 리서치(Ned Davis Research) 전략가들은 이 비율이 유지된다면 역대 6번째로 높은 '어닝 비트(Earnings Beat)율'이 될 것이라고 분석했다. 더불어 시장의 기대가 높은 11월과 12월의 계절적 강세도 주목할 만하다. '스톡 트레이더스 연감(Stock Trader’s Almanac)'에 따르면 1950년 이후 11월은 평균 1.87% 상승률로 S&P 500에게 가장 실적이 좋은 달이었고, 12월 역시 평균 1.43% 상승하며 3위를 차지했다. 트루이스트 어드바이저리 서비스(Truist Advisory Services)에 따르면, 1950년 이후 S&P 500이 연중 첫 10개월 동안 15% 이상 상승한 21차례 중 단 한 번을 제외하고 연말까지 상승세를 이어갔다는 역사적 데이터는 현재의 강세장을 지지하는 중요한 근거가 된다. AI 투자, 이제 '수익성'을 증명해야 할 때 강세장의 뒷면에는 심상치 않은 '피로도'와 '고점 부담'이 맴돌고 있다. 시장의 초미의 관심사였던 메가캡 기술주들의 실적 발표가 혼조세로 나타나면서 투자자들에게는 AI 투자에 대한 막대한 비용과 그 효과에 대한 의문이 남았다. 메타와 마이크로소프트는 분기 실적에서 AI 확장을 위한 지출 증가를 예고했고, 이는 투자자들에게 비용 우려를 낳아 주가 하락으로 이어졌다. 반면, 알파벳은 현금 흐름 내에서 투자를 감당할 수 있다는 인식을 주었고, 아마존은 클라우드 유닛의 강력한 성장을 보여주며 'AI 경쟁에서 뒤처지지 않을 것'이라는 안도감을 주어 주가가 급등했다. 이는 투자자들이 '묻지마 AI 투자' 시대의 끝을 묻고 있다는 방증이다. 노스 스타 인베스트먼트 매니지먼트(North Star Investment Management)의 에릭 쿠비(Eric Kuby) 최고투자책임자(CIO)의 발언은 이러한 시장의 변화를 통찰력 있게 보여준다. "투자자들은 이들 주식이 급등한 배경이었던 성장 전망뿐만 아니라, 기업들이 얼마나 지출하고 있으며 그것이 어떤 종류의 수익을 의미하는지를 알고 싶어 합니다." 투자자들은 'AI가 좋더라'는 막연한 기대 대신 AI 투자가 실질적인 수익으로 이어지는 구체적인 증거를 요구하기 시작했다. 이는 시장의 밸류에이션 부담과 직결된다. 현재 S&P500의 선행 주가수익비율(Forward P/E)은 23배를 웃돌며 25년 전 닷컴 버블 당시와 유사한 수준에 근접했다. 에드워드 존스(Edward Jones)의 앵겔로 쿠르카파스(Angelo Kourkafas) 전략가의 지적처럼, "닷컴 버블 당시와 유사한 수준의 멀티플을 지불하는 것을 투자자들이 꺼릴 수 있다고 가정한다면, 앞으로의 수익률을 견인하기 위해서는 기업 이익이 고군분투해야 할 것"이다. 추가적인 밸류에이션 확대 여력은 제한적이며, 주가 상승은 오직 기업 이익의 폭발적인 증가에 의해서만 가능할 것이라는 냉철한 분석이 나온다. 연준의 매파적 발언과 '데이터 공백' 리스크 시장의 또 다른 큰 그림자는 연준의 금리 인하 기대 후퇴와 정부 셧다운으로 인한 경제 지표의 '데이터 공백'이다. 연준은 지난 통화정책 회의에서 예상대로 0.25%p 금리 인하를 단행했음에도, 제롬 파월 의장의 발언은 시장의 연내 추가 인하 기대감을 급격히 낮췄다. 파월 의장은 "12월 회의에서 금리 인하는 기정사실이 아니다"라고 못 박으며, 시장의 '확정적' 인하 기대에 제동을 걸었다. 여기에 10월 1일부터 시작된 연방정부 셧다운이 2018~2019년 셧다운에 이어 역대 두 번째로 긴 장기화 국면에 접어들면서, 상황은 더욱 악화되었다. 당장 11월 7일로 예정됐던 월간 고용 보고서(Monthly jobs data)를 포함해 대부분의 공식 경제 지표 발표가 중단되었다. 이는 연준이 향후 금리 경로를 결정하는 데 있어 가장 중요한 근거 자료가 사라졌다는 것을 의미한다. "우리는 데이터 공백(data vacuum) 상태에 놓여 있으므로, 연준이 금리 경로를 조정하려고 시도함에 따라 이러한 대안적인 출처(alternative sources)가 더욱 중요성을 얻고 있습니다." 셧다운으로 인해 경제의 건강 상태를 가늠할 지표가 사라지자, 투자자들은 ADP 고용 보고서나 미시간대학교 소비자 심리 지수 같은 사설 데이터에 더욱 집중할 수밖에 없는 상황이다. 이는 데이터의 중요도가 급증하는 반면, 그 신뢰도와 대표성에 대한 의문도 함께 증폭될 수 있음을 시사한다. 다코타 웰스 매니지먼트의 로버트 파블릭(Robert Pavlik) 매니저의 지적처럼, 공식 데이터 부재와 맞물린 아마존의 1만 4000명 감원 발표와 같은 기업들의 인력 감축 소식은 노동 시장 약화 우려를 키우며 시장의 불안감을 가중시키는 요인으로 작용한다. AMD·팔란티어 실적, AI 모멘텀 지속 여부 결정 이번 주에는 AMD, 퀄컴, 팔란티어 등 주요 반도체 및 기술 기업의 실적이 대거 발표된다. 특히 팔란티어는 올해 주가가 168% 급등했고, AMD 역시 113% 상승하며 AI 랠리의 핵심 동력이었다. 애널리스트들은 AMD의 3분기 이익이 27%, 매출은 28% 증가할 것으로 예상하고 있으며, 팔란티어의 경우 3분기 매출 성장률을 50%로 예측하고 있다. 이들 기업의 실적은 AI 모멘텀의 지속 여부를 가늠할 중요한 시험대가 될 전망이다. 이들의 실적이 AI 투자에 대한 '구체적인 수익 증거'를 제공하지 못한다면, 시장의 고점 부담은 더욱 커질 수밖에 없다. 뉴욕 증시는 견조한 기업 실적과 계절적 강세라는 긍정적인 요인에도 불구하고, 사상 최고 수준에 근접한 밸류에이션을 정당화할 AI 투자의 명확한 수익성을 요구받고 있다. 여기에 연준의 긴축 우려와 정부 셧다운으로 인한 경제 데이터 공백이라는 불확실성이 더해지면서, 시장은 매우 예민한 상황에 놓여 있다. 앞으로의 시장은 기업 이익의 고군분투와 AI 투자 효과의 가시화 여부에 따라 방향이 결정될 것이다.
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[주간 월가 레이더] 뉴욕증시, 강세장 지속에도 고점 부담 직면⋯AI 투자 성과·연준 긴축 우려 '겹악재'
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[퓨처 Eyes(108)] MIT, '초소형 분자 실험실'로 원자핵 내부 첫 탐사 성공
- 우주가 텅 비어있지 않은 것은 기적에 가깝다. 138억 년 전 빅뱅(Big Bang) 직후, 세상은 물질과 그 거울상인 반물질로 똑같이 나뉘어 있었다. 이 둘은 만나면 빛을 내며 쌍소멸(雙消滅)하는 운명이었다. 만약 이론대로 이들이 완벽한 대칭을 이뤘다면, 우주는 텅 빈 빛으로만 가득 찼어야 한다. 하지만 '무언가'가 그 균형을 깼고, 물질만 남아 지금의 우주와 우리가 존재하게 됐다. 현대 물리학의 가장 큰 수수께끼인 이 '대칭 위반'의 증거를 찾기 위해 미국 매사추세츠 공과대학교(MIT) 연구진이 원자핵 내부의 비밀을 직접 들여다볼 수 있는 획기적인 길을 열었다. 이는 원자 자신의 전자를 '소통 수단(communicator)'으로 활용하는 혁신적인 접근법으로, 수 킬로미터에 달하는 거대한 입자 가속기 대신, 분자(molecule) 자체를 '초소형 정밀 실험실'로 활용하는 새로운 기술이다. 연구팀은 이 방법을 통해 원자 자신의 전자가 핵 내부를 탐사하고 그 정보를 밖으로 가져오도록 하는 데 성공했다. 핵물리학 분야의 중대한 진전이라는 평가다. 현대 물리학의 근간인 '표준 모형(Standard Model)'은 물리학자들이 가진 '우주 규칙서'에 비유할 수 있다. 그러나 이 규칙서의 첫 장부터 '왜 물질만 남았는지'를 설명하지 못하는 치명적인 오류가 있는 셈이다. 과학자들은 이 완벽해야 할 저울을 한쪽(물질)으로 기울게 한 '보이지 않는 손', 즉 '기본 대칭 위반(violation of fundamental symmetries)'의 추가 근원을 찾고 있다. 그리고 그 강력한 증거가 특정 원자의 핵 내부에 숨어있을 것으로 추정해왔다. 문제는 원자핵 내부를 정밀하게 관측하는 것이 극도로 어렵다는 점이다. 역사적으로, 이 미시 세계를 탐구하기 위해 인류는 수 킬로미터에 걸쳐 퍼져 있는 거대한 '입자 가속기'에 의존해왔다. 입자 가속기는 전자나 양성자 같은 입자들을 빛에 가까운 속도로 가속시켜 목표물인 원자핵에 강력하게 충돌시킨다. 이 충격으로 원자핵이 산산조각 날 때 나오는 파편들을 분석해 내부 구조를 역추적하는 방식이다. 거대 가속기 대체할 '분자 실험실' 그러나 미국 매사추세츠 공과대(MIT) 연구팀은 이러한 패러다임을 전환하는 접근법을 택했다. 연구팀은 지난 10월 23일 국제 학술지 '사이언스(Science)'에 발표한 논문에서, 원자핵을 부수는 대신 '분자' 환경을 이용해 원자핵 내부를 '탐색'하는 방법을 고안했다. 이는 분자 중심의 접근법을 사용하여 핵 구조를 직접 탐사하는 더 접근하기 쉬운 방법이다. 연구팀이 사용한 물질은 '플루오린화 라듐(Radium monofluoride, RaF)'이라는 특수 분자다. 연구팀은 라듐(Radium) 원자와 플루오린(Fluorine) 원자를 화학적으로 결합시켰다. 연구팀은 이 분자 구조 내에서 라듐 원자 궤도를 도는 전자의 에너지 수준을 세심하게 측정했다. 이 설정은 사실상 소형 입자 충돌기를 모방한 것으로, 전자를 가두고 전자가 때때로 핵을 뚫고 들어가 그 구성 요소와 상호작용하는지 확인할 수 있게 해준다. 핵심은 원자가 분자라는 더 큰 구조물 내부에 갇히면, 그 궤도를 도는 전자들 역시 분자 내부의 강력한 전기장으로부터 막대한 영향을 받는다는 점이다. 논문의 공동 저자인 실비우-마리안 우드레스쿠 박사는 "이 방사성 원자(라듐)를 분자 내부에 넣으면, 그 전자가 경험하는 내부 전기장은 우리가 실험실에서 인공적으로 생성하고 적용할 수 있는 전기장보다 몇 차수나 더 크다"라며 "이 구성은 어떤 면에서 분자가 거대한 입자 충돌기처럼 작동하여 라듐의 핵을 탐사할 더 나은 기회를 제공한다"고 설명했다. 이 강력한 내부 전기장은 라듐 원자의 전자들을 사실상 '압착'시키는 효과를 낸다. 이렇게 행동반경이 좁아진 전자들은 원자핵 주변을 맴돌다가, 핵 내부로 잠시 '스며들어갈' 확률이 극적으로 높아진다. 핵 정보 빼내 온 '전령 전자' 연구팀은 이렇게 생성한 플루오린화 라듐 분자를 포획해 냉각시킨 뒤, 진공 챔버를 통해 조심스럽게 이동시키며 분자와 상호작용하도록 맞춤 제작한 레이저 빛을 쏘였다. 이 레이저를 통해 라듐 전자의 에너지 상태를 정밀하게 측정한 결과, 예상치와 미세한 '에너지 변화(shift)'가 있음을 감지했다. 이 에너지 변화는 비록 분자를 들뜬 상태로 만드는 데 사용된 레이저 광자 에너지의 약 100만분의 1에 불과할 정도로 극히 미미했다. 그러나 이 '미묘한 불일치'야말로, 전자가 핵 외부가 아닌 '핵 내부'로 분명히 진입했으며, 그 안의 양성자 및 중성자들과 상호작용했다는 결정적인 증거가 됐다. 핵을 방문하고 빠져나온 전자가 핵 내부의 중요 정보를 전달하는 에너지 변화를 회수하여 외부 세계로 전달하는 '전령(messenger)' 역할을 충실히 수행한 것이다. 논문의 제1 저자인 셰인 윌킨스 박사는 "우리는 핵과 핵 외부 전자 간의 상호작용이 어떤 모습인지 이미 알고 있다"라며 "이 전자 에너지를 매우 정밀하게 측정했을 때, 전자가 핵 외부에서만 상호작용한다고 가정한 예상치와 정확히 일치하지 않았다. 이는 그 차이가 반드시 핵 내부에서의 전자 상호작용 때문임을 말해준다"고 설명했다. 우주 비밀의 열쇠, '배 모양' 라듐 핵 그렇다면 연구팀은 왜 수많은 원소 중에 하필 '라듐'을 선택했을까? 대부분의 원자핵은 완벽한 '공 모양'이라 대칭이 깨진 신호를 찾기 어렵다. 하지만 라듐의 핵은 럭비공처럼 한쪽이 더 불룩한 비대칭 '배(pear) 모양'을 하고 있다. 이론가들은 바로 이 독특한 기하학적 구조가, 우리가 찾고 있는 미세한 '대칭 위반' 신호를 수백 배 이상 '증폭'시켜 관측 가능한 수준으로 만들어줄 특별한 실험실이라고 예측해왔다. 논문의 공동 저자인 로널드 페르난도 가르시아 루이스 MIT 부교수는 "라듐 핵은 전하와 질량이 비대칭이라는 매우 이례적인 특성 때문에, 이러한 대칭성 깨짐을 증폭시키는 역할을 할 것으로 예측한다"고 말했다. 그의 연구 그룹은 이 라듐 핵에서 대칭 위반의 징후를 찾기 위한 방법 개발에 주력해왔다. 물론 라듐 핵을 탐사하는 데는 여러 가지 어려움이 따른다. 라듐은 자연 방사성 원소이며 반감기(수명)가 짧다. 연구팀은 플루오린화 라듐을 소량만 생산할 수 있었기 때문에, 관련 상호작용을 포착하기 위해서는 극도로 민감한 측정 기술이 필수였다. "핵 내부 지도 그릴 것"…물질-반물질 수수께끼 풀린다 이번 성공으로 연구팀은 원자핵 내부의 '자기 분포(magnetic distribution)'를 측정할 수 있는 길을 열었다. 원자핵 속의 양성자와 중성자는 각각 작은 자석처럼 행동하는데, 이 자석들의 방향이 핵 내부의 공간 배열에 따라 어떻게 달라지는지(어떻게 정렬되어 있는지) 상세히 규명할 수 있게 됐다. 가르시아 루이스 교수는 "우리는 이제 핵 내부를 들여다볼 수 있다는 증거를 가졌다"라며 "이는 배터리의 전기장을 측정하는 것과 같다. 사람들은 배터리 외부의 전기장은 측정할 수 있지만, 배터리 내부를 측정하는 것은 훨씬 더 어렵다. 그리고 우리가 지금 할 수 있는 일이 바로 그것"이라고 이번 성과의 의미를 비유했다. 연구팀의 다음 목표는 핵 내부의 힘 분포를 매핑하기 위해, 이 플루오린화 라듐 분자들을 더 낮은 온도로 냉각시키고, '배 모양' 핵의 방향을 원하는 대로 정밀하게 제어하는 기술을 확립하는 것이다. 현재는 분자 속의 라듐 핵이 무작위 방향으로 있지만, 그 방향을 통제할 수 있으면 더 정밀한 측정으로 핵 내부의 힘 분포를 상세히 규명하고, 마침내 우주론의 난제인 기본 대칭 위반의 증거를 탐색할 수 있다. 가르시아 루이스 교수는 "라듐 함유 분자는 자연의 기본 대칭 위반을 탐색하는 데 매우 민감한 시스템이 될 것으로 예측한다"며 "(우리는) 이제 그 탐색을 수행할 방법을 가졌다"고 말했다. 연구팀은 앞으로 이 새로운 방법으로 라듐의 특성을 더 탐구하여, 우리 우주의 구조에 대한 새로운 진실을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대한다. 이 연구는 미국 에너지부(U.S. Department of Energy)의 지원을 받았다.
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[퓨처 Eyes(108)] MIT, '초소형 분자 실험실'로 원자핵 내부 첫 탐사 성공
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[먹을까? 말까?(120)] 인공감미료 '수크랄로스', 체내서 DNA 손상 물질 생성 확인
- 인공감미료 수크랄로스가 인체 내에서 DNA를 손상시킬 수 있는 물질을 생성한다는 연구 결과가 나왔다. 일부 시판 제품에서도 소량의 해당 물질이 검출돼 안전성 논란이 확산할 전망이다. 28일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 노스캐롤라이나주립대(NCSU)와 노스캐롤라이나대(UNC) 공동연구팀은 실험실 환경에서 사람 장(腸) 조직과 인체 세포를 활용해 수크랄로스 섭취 후 생성되는 부산물의 영향을 조사했다. 연구 결과, 수크랄로스-6-아세테이트(sucralose-6-acetate)가 DNA 절단 및 염색체 이상을 유발하는 '유전독성(genotoxic)' 물질로 확인됐다. 논문 교신저자인 수전 시프먼 교수는 "수크랄로스-6-아세테이트는 인간 DNA를 손상시킬 수 있는 물질로 판단된다"고 밝혔다. 연구진은 해당 물질이 장 점막 장벽의 전기저항을 낮춰 투과성을 높였으며, 염증 반응 증가와 약물대사 효소 저해 신호도 확인했다고 설명했다. 수크랄로스-6-아세테이트는 수크랄로스 제조 과정 또는 인체 대사 과정에서 생성되는 불순물로, 연구팀은 일부 제품에서 0.67% 수준의 잔류량을 확인했다고 밝혔다. 동물실험에서는 지방조직에 잔류하는 정황도 포착됐다. 시프먼은 "시중에서 판매되는 수크랄로스에서 섭취 및 대사되기 전에도 미량의 수크랄로스-6-아세테이트가 검출될 수 있다는 사실을 발견했다"고 말했다. 동물실험에서 수크랄로스를 투여받은 쥐는 아세틸화 대사산물을 생성하고, 투여 중단 후에도 지방에 수크랄로스가 잔류하는 것으로 나타났다. 해당 대사물에는 소변과 대변에서 검출된 수크랄로스-6-아세테이트가 포함됐다. 실험 결과 해당 화합물은 DNA 가닥 파열을 유발하는 염색체 손상 유발 물질(클라스토제닉)로 확인됐다. 염색체 손상을 검출하는 별도의 미세핵 검사에서도 동일한 효과가 확인됐다. 미세핵은 염색체가 손상될 때 형성되는 작은 DNA 함유체이다. 실험 결과 노출 후 미세핵 수가 증가한 것으로 나타났다. 유럽 규제기관들은 유전독성 물질에 대해 1인당 하루 0.15㎍(마이크로그램) 수준의 노출 한도 기준을 적용하고 있다. 연구팀은 "수크랄로스로 감미한 음료 한 잔만으로도 이 기준을 초과할 수 있다"며 추가 관리가 필요하다고 주장했다. 다만 이번 결과는 세포 및 조직 기반 실험에 국한된 것으로, 인체 전체 노출 수준과 장기적 영향은 추가 검증이 요구된다. 미국 식품의약국(FDA)은 1998년 수크랄로스를 승인했으나, 당시 심사자료에는 수크랄로스-6-아세테이트에 대한 최신 분자독성학적 평가가 포함되지 않았다. 전문가들은 "정밀 분석 기술 발전에 따라 기존 안전성 평가가 재검토될 가능성이 있다"며 "장기간 섭취자 대상 역학조사 및 실제 노출량 추적 연구가 필요하다"고 지적했다. 이번 연구는 국제학술지 '독성학 및 환경보건 저널 Part B(Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B)'에 게재됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(120)] 인공감미료 '수크랄로스', 체내서 DNA 손상 물질 생성 확인
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[우주의 속삭임(150)] 20광년 밖 '슈퍼 지구' 발견⋯외계 생명 탐사의 새 이정표
- 지구에서 불과 20광년 떨어진 곳에서 새로운 '슈퍼 지구(super-Earth)'형 외계 행성이 발견됐다. 차세대 망원경으로 외계 생명체 존재 가능성을 탐사할 수 있는 유력 후보로 주목받고 있다. 미국 펜실베이니아주립대 연구진을 포함한 국제 공동 연구팀은 최근 왜성(矮星) 'GJ 251'을 공전하는 외계 행성 'GJ 251 c'를 발견했다고 23일(현지시간) 밝혔다. 연구진은 이 행성이 지구 질량의 약 4배로 추정되며 암석형 행성일 가능성이 높다고 밝혔다. 해당 연구는 같은날 학술지 천문학 저널(The Astronomical Journal)에 발표했다. 연구를 이끈 수브라스 마하다반 펜실베이니아주립대 교수는 "이 행성은 '골디락스 존(Goldilocks Zone)'이라 불리는 거주 가능 구역에 위치해 있어, 액체 상태의 물이 존재할 수 있다면 생명체가 서식할 환경을 갖췄을 가능성이 있다"고 설명했다. ‘골디락스 존'은 천문학과 행성과학에서 생명체가 존재할 수 있는 '적당한 거리의 영역'을 뜻하는 용어다. 영국 동화 골디락스와 세 마리 곰(Goldilocks and the Three Bears)에서 유래했다. 이 이야기에서 주인공 골디락스는 너무 뜨겁지도, 너무 차갑지도 않은 '딱 알맞은' 죽(porridge)을 고른다. 이와 같은 맥락으로, 천문학자들은 별과 행성 사이의 거리 중 생명체가 살기에 '딱 알맞은' 온도 조건이 유지되는 구간을 '골디락스 존'이라고 부른다. 이번 발견은 약 20년에 걸친 장기 관측 데이터와 정밀 분광 분석을 결합해 얻은 결과다. 연구진은 미국 텍사스 맥도널드 천문대의 허비-에벌리 망원경에 장착된 고정밀 근적외선 분광기 '거주가능 구역 행성 탐색기(HPF·Habitable-Zone Planet Finder)'를 이용해 이 행성을 포착했다. HPF는 펜실베이니아주립대가 설계·제작을 주도했으며, 거주가능 구역 내 지구형 행성을 탐색하기 위해 개발된 장비다. 연구진은 항성 'GJ 251'의 미세한 진동, 즉 도플러 효과로 인한 '별빛의 흔들림'을 정밀 분석해 이 행성의 존재를 확인했다. 먼저 기존에 알려진 내행성 'GJ 251 b'의 주기(14일)를 보정한 후, 새로 관측된 54일 주기의 강한 신호를 포착함으로써 더 큰 질량을 가진 외행성의 존재를 입증했다. 이후 연구진은 애리조나 키트피크 국립천문대의 NEID 분광기를 이용해 같은 신호를 재확인했다. 연구를 총괄한 코리 비어드(캘리포니아대 어바인 캠퍼스 박사)는 "이번 발견은 관측 기술과 데이터 분석이 결합된 최첨단 과학의 성과"라며 "향후 대형 지상망원경이 가동되면 이 행성을 직접 관측해 대기 성분을 분석할 수 있을 것"이라고 말했다. 행성 탐사는 항성의 활동(별의 자기폭풍이나 흑점 등)이 행성의 신호로 오인되는 어려움이 크다. 이를 극복하기 위해 연구진은 다양한 파장에서 나타나는 신호의 변화를 비교·분석하는 복합 계산 모델을 활용했다. 마하다반 교수는 "항성의 잡음 속에서 미세한 신호를 구분하는 것은 매우 정교한 분석이 필요한 작업"이라며 "이번 연구는 복합 데이터 과학과 첨단 분광 기술이 결합한 대표적 사례"라고 설명했다. 이 발견은 펜실베이니아주립대 계산·데이터과학연구소(ICDS)와 미국 국립과학재단(NSF), 미 항공우주국(NASA), 하이징-사이먼스 재단의 지원을 받아 수행됐다. 펜실베이니아주립대 천문학과의 에릭 포드 교수는 "이번 연구는 다학제적 협력의 모범"이라며 "정교한 통계 분석과 고해상도 데이터를 결합함으로써 미래의 외계 생명 탐사에 새로운 길을 열었다"고 말했다. 현재 기술로는 이 행성을 직접 촬영하거나 대기 조성을 확인하기 어렵지만, 30m급 차세대 지상 망원경이 가동되면 대기 중 생명활동의 화학적 징후를 탐색할 수 있을 것으로 기대된다. 마하다반 교수는 "우리가 찾는 것은 단지 행성이 아니라, 생명이 존재할 수 있는 또 다른 지구의 가능성"이라며 "이번 발견은 향후 10년 내 생명체 탐색의 결정적 단서를 제공할 중요한 대상"이라고 밝혔다.
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[우주의 속삭임(150)] 20광년 밖 '슈퍼 지구' 발견⋯외계 생명 탐사의 새 이정표
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[기후의 역습(172)] 4만년 잠에서 깨어난 미생물⋯북극 영구동토층, 인류의 '탄소 시한폭탄' 되나
- 4만 년 동안 얼음 아래 갇혀 있던 미생물이 마침내 깨어났다. 13일(현지시간) 과학 기술전문매체 사이언스얼럿에 따르면 미국 콜로라도대 연구진은 알래스카의 영구동토층(permafrost)에서 채취한 시료에서 고대 미생물이 재활성화되는 현상을 확인했다. 해당 내용은 지구물리학연구저널(Journal of Geophysical Research: Biogeosciences)에 발표됐다. 이번 연구는 미 육군공병단이 운영하는 '영구동토 연구터널(Permafrost Tunnel Research Facility)'에서 수집한 시료를 기반으로 진행됐다. 연구진은 지하 100m 이상 깊이에서 채취한 동토 시료를 실험실로 옮겨 섭씨 3.8도와 12.2도의 온도에서 배양했다. 이는 기후변화로 따뜻해진 알래스카 여름의 온도를 모사한 것이다. 초기에는 미생물의 증식이 미미했다. 그러나 6개월이 지나자 세포 활동이 급격히 증가했다. 연구를 이끈 미생물학자 트리스탄 카로(Tristan Caro) 박사과정 연구원은 "이들은 죽은 존재가 아니라 여전히 유기물을 분해하고 이산화탄소로 방출할 수 있는 생명체"라며 "지구 온난화로 동토층이 녹으면서 이 같은 미생물이 다시 살아날 가능성이 높다"고 말했다. 영구동토층은 북반구 육지의 4분의 1을 차지하며, 수천 년 동안 얼음 속에 갇힌 토양·유기물·암석층이 방대한 양의 탄소를 저장하고 있다. 북반구의 약 15%, 또는 지구 표면의 약 11%가 영구동토층으로 덮여 있다. 이 지역이 녹으면 그 속의 미생물들이 활성화되어 주변의 부패물질을 먹이로 삼고, 메탄(CH₄)과 이산화탄소(CO₂)를 대기 중으로 내보낸다. 이 과정이 되풀이될수록 온실가스 농도는 높아지고, 기후변화는 가속화되는 악순환이 형성된다. 알래스카, 캐나다, 그린란드, 시베리아가 대표적인 영구동토층에 해당한다. 가장 오래된 영구동토층은 약 70만년 동안 계속 얼어붙어 있다. 지구미생물학자 세바스티안 코프(Sebastian Kopf) 교수는 "이것은 기후시스템의 가장 큰 불확실성 중 하나"라며 "동토층이 녹으며 갇혀 있던 탄소가 방출될 때, 생태계와 기후변화 속도가 어떻게 변할지는 아직 아무도 모른다"고 말했다. 연구진은 실험을 통해 동토 미생물이 즉각적으로 폭발적인 반응을 보이지는 않지만, 일정 기간의 '지연 반응(lag phase)' 후 본격적으로 활동을 시작한다는 사실도 확인했다. 이는 실제 북극 지역에서도 한두 번의 폭염보다 여름철이 길어지는 현상이 훨씬 더 큰 영향을 미친다는 것을 시사한다. 카로 연구원은 "하루의 고온보다 중요한 것은 따뜻한 계절이 얼마나 길어지느냐"라며 "여름이 길어지고 온도가 봄과 가을까지 확장되면, 미생물의 활성 기간도 늘어나 온실가스 배출이 폭발적으로 증가할 수 있다"고 경고했다. 전문가들은 이번 결과가 단순한 생물학적 발견을 넘어, 기후 피드백 루프(climate feedback loop)의 실체를 보여주는 중요한 경고라고 지적했다. 동토층이 녹으면 미생물이 되살아나고, 그 미생물이 온실가스를 내뿜으며 다시 지구를 덥히는 '빙하 속 잠든 생명체의 복수'가 현실로 다가오고 있다는 것이다. 과학계는 이번 연구를 통해 북극권의 더 깊고 오래된 동토층까지 해빙이 진행될 경우, 예상보다 훨씬 빠른 속도로 지구 탄소 순환이 변할 수 있다고 보고 있다. 한 연구진은 논문에서 "기후변화가 단지 대기와 바다의 문제만이 아니라, 수만 년간 침묵하던 생명체까지 깨우고 있다. 인류가 직면한 가장 오래된 미래는 이제 다시 눈을 뜨기 시작했다"고 우려했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(172)] 4만년 잠에서 깨어난 미생물⋯북극 영구동토층, 인류의 '탄소 시한폭탄' 되나
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[우주의 속삭임(146)] 두 개의 블랙홀 '쌍둥이 궤도' 첫 관측⋯136년 수수께끼 풀리다
- 인류가 처음으로 두 개의 블랙홀이 서로를 공전하는 모습을 직접 관측했다. 핀란드 투르쿠대학교 천문학자 마우리 발토넨(Mauri Valtonen) 연구팀은 초대형 전파망원경 관측망을 통해 퀘이사 'OJ287' 중심부에서 두 개의 초질량 블랙홀이 나란히 공전하는 모습을 포착했다고 과학 전문매체 라이브 사이언스, IFL사이언스 등 다수 외신이 9일(이하 현지시간) 보도했다. 해당 연구는 9일 국제학술지 '천체물리학저널(The Astrophysical Journal)'에 게재됐다. OJ287은 지구에서 약 50억 광년 떨어진 곳에 위치한 퀘이사로, 그동안 12년 주기의 밝기 변동이 관측되어 두 블랙홀이 존재할 가능성이 꾸준히 제기돼 왔다. 이번 연구는 지상 및 우주 전파망원경의 관측 자료를 결합해 두 블랙홀의 존재를 시각적으로 입증한 첫 사례로 평가된다. 연구진은 "두 블랙홀이 서로를 도는 장면이 이미지로 확인된 것은 이번이 처음"이라며 "블랙홀 자체는 빛을 내지 않지만, 주변 가스와 고속 입자 제트를 통해 그 위치를 식별할 수 있었다"고 밝혔다. 관측 결과, 중심 블랙홀은 태양 질량의 180억 배, 동반 블랙홀은 약 1억5000만 배로 추정된다. 이번 전파망원경 네트워크에는 러시아의 우주 전파망원경 '라디오애스트론(RadioAstron)' 위성이 포함됐다. 이 위성은 2011년부터 2019년까지 운영된 전파망원경을 탑재한 러시아 과학 위성이다. 이 위성의 안테나는 달까지 거리의 절반까지 접근해 관측 정밀도를 크게 높였다. 덕분에 연구진은 두 개의 제트가 서로 다른 방향으로 뻗어 있는 것을 식별해 각각의 블랙홀에 해당함을 확인했다. OJ287의 특이성은 이미 19세기 후반부터 알려져 있었다. 136년 동안의 광학 관측에서 약 12년을 주기로 밝기가 급등하는 패턴이 반복되어 왔다. 이번 연구는 그러한 주기적 변화가 두 블랙홀의 공전으로 인해 발생한 것임을 뒷받침한다. 블랙홀은 거대한 별이 붕괴하면서 형성되며, 주변 물질을 흡수하며 성장한다. 일부는 강력한 중력과 마찰로 인해 물질이 고온으로 달아오르며 빛을 방출하는데, 이를 '활성은하핵(AGN)'이라 부른다. 이 가운데 가장 극단적인 형태가 퀘이사다. 퀘이사는 태양보다 수십억 배 무거운 초질량 블랙홀이 방출하는 강렬한 빛줄기로, 지구에서도 관측 가능한 우주 최강의 광원 중 하나다. 이번 관측으로 과학자들은 그동안 중력파 탐지로만 간접 확인했던 '블랙홀 이중계'의 실재를 시각적으로 증명하게 됐다. 연구진은 다만 "관측된 두 개의 제트가 겹쳐 보였을 가능성을 배제할 수 없어, 향후 더 높은 해상도의 추가 관측이 필요하다"고 밝혔다. 발토넨 교수는 "라디오애스트론 위성이 활동하던 시기 덕분에 이런 이미지를 얻을 수 있었다"며 "향후 차세대 우주망원경이 가동되면, 작은 블랙홀의 '꼬리 흔들림(wagging tail)' 현상까지 포착할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 발견은 인류가 블랙홀의 형성과 병합 과정을 직접 관찰할 수 있는 새로운 시대의 서막을 알리는 것으로 평가된다.
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[우주의 속삭임(146)] 두 개의 블랙홀 '쌍둥이 궤도' 첫 관측⋯136년 수수께끼 풀리다
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[퓨처 Eyes(105)] 막스 플랑크 연구소, 노화와 만성 염증의 연결고리 규명
- 독일 쾰른의 막스 플랑크 노화생물학 연구소 연구팀이 나이가 들면서 만성 염증이 늘어나는 핵심 분자 과정을 규명했다. 우리 몸의 세포 하나하나에서 에너지를 만드는 '에너지 공장' 역할을 하는 미토콘드리아가 복제 과정에서 오류를 일으킨 '결함 DNA'를 세포질로 방출해 염증 반응을 촉발하는 현상을 최초로 분자 수준에서 확인한 것이다. 특이하게도 미토콘드리아는 세포의 중심 설계도(핵 DNA)와는 다른, 자신만의 독자적인 DNA(mtDNA)를 가지고 있다. 이번 연구는 이 mtDNA 복제와 수선을 조절하는 핵심 효소 'MGME1'이 손상될 때, 선천 면역 신호체계를 맡은 'cGAS–STING–TBK1 경로'가 비정상으로 활성화해 조직 노화와 만성 염증을 재촉한다는 사실을 명확히 밝혔다. 이번 연구는 노년기 건강을 위협하는 여러 질병의 근본 원인을 이해하고 새로운 치료 전략을 모색하는 중요한 실마리를 제공할 전망이다. 해당 연구 결과는 '미토콘드리아 DNA로의 리보뉴클레오타이드 편입이 염증을 유발한다(Ribonucleotide incorporation into mitochondrial DNA drives inflammation)'는 제목으로 세계적인 과학 저널 '네이처(Nature)' 최신호에 실렸다. 세포 구성 요소의 미세한 균열, 노화의 시작 기대 수명이 늘면서 인류는 전례 없는 장수를 누리고 있지만, 이는 신체의 생물학적 구조가 더 오랜 시간 작동하며 각종 스트레스와 손상에 노출된다는 뜻이다. 특히 노년기에 접어들면 뚜렷한 원인 없이 이어지는 만성 염증이 건강을 위협하는 주된 요인이다. 과학계는 이 현상의 배후를 추적해 왔으며, 이번 발견은 그중 가장 유력한 원인으로 세포 소기관인 미토콘드리아를 지목했다. 세포가 정상 기능을 하려면 RNA와 DNA의 구성 요소인 리보뉴클레오타이드(rNTP)와 디옥시리보뉴클레오타이드(dNTP)의 정교한 균형이 필수다. DNA라는 집을 짓는 과정에 비유하면, dNTP는 설계도에 맞는 정확한 규격의 벽돌이고, rNTP는 모양은 비슷하지만 RNA를 만들 때 쓰는 다른 종류의 벽돌과 같다. 세포의 주 에너지원인 ATP나 신호 전달에 중요한 GTP 등이 바로 이 rNTP에 속하며, dNTP는 DNA 중합효소가 새로운 DNA 가닥을 만들거나 수선하는 데 쓰는 재료다. 과학계는 이 두 벽돌의 공급 불균형이 어떻게 mtDNA라는 집을 부실하게 만들고 노화에 영향을 미치는지에 대한 해답을 찾아왔다. '결함 DNA'의 탄생…미토콘드리아의 치명적 오류 미토콘드리아는 독립적으로 자신의 DNA(mtDNA)를 복제한다. 연구팀은 이 과정에서 생기는 문제가 만성 염증의 도화선이 된다는 가설을 세우고, 그 핵심 원인을 mtDNA 복제 과정에서 불필요한 DNA 조각을 제거하는 효소인 'MGME1'에서 찾았다. 이 효소는 DNA 복제 현장에서 잘못 사용된 부품이나 부스러기를 치우는 '품질 관리 감독관'과 같은 역할을 한다. 분석 결과, 이 감독관(MGME1)의 기능이 떨어지면 세포 내에 써야 할 벽돌(dNTP)은 부족해지고 엉뚱한 벽돌(rNTP)만 많아지는 불균형이 생겼다. 이러한 불균형은 MGME1 결핍뿐 아니라, 다른 미토콘드리아 효소인 YME1L의 손실이나 항암제 성분인 5-플루오로우라실 노출 같은 다른 스트레스 상황에서도 비슷하게 나타났다. 결국 미토콘드리아는 급한 대로 엉뚱한 벽돌(rNTP)을 가져다 mtDNA를 만들었고, 그 결과 구조가 불안정한 '부실공사 DNA'가 탄생했다. 미토콘드리아는 스스로를 보호하기 위해 이 '불완전한 복제본'을 집 밖, 즉 세포질로 내다 버렸다. 실제로 방사선 조사나 약물로 노화를 유도한 인간의 세포와 노화한 쥐의 여러 조직에서 젊은 조직보다 월등히 높은 rNTP/dNTP 비율이 나타났다. 면역계의 오작동, 단기 방어가 만성 공격으로 우리 몸은 세포질로 방출된 결함 mtDNA를 '침입자'로 인식한다. 그 결과, 마치 바이러스가 침입했을 때처럼 세포의 '비상경보 시스템' 역할을 하는 cGAS–STING–TBK1 경로를 강력하게 자극한다. 원래 미토콘드리아 안에 있어야 할 mtDNA 조각이 집 밖에 돌아다니자, 우리 몸의 면역계는 이를 바이러스의 침입으로 오해하고 경보를 울리기 시작하는 것이다. 이 경보 시스템은 본래 외부 감염에 맞서는 단기 방어 체계지만, 결함 mtDNA가 계속 밖으로 나오면서 경보가 멈추지 않으면 오히려 우리 몸을 공격하는 만성 염증으로 바뀐다. 이렇게 만성 염증 상태에 빠진 노화 세포는 주변 세포들에게까지 "위험하다"는 신호를 계속 보내는 분비 표현형(secretory phenotype)을 띤다. 이는 마치 한 집이 계속 비상벨을 울려 온 동네를 불안하게 만드는 것처럼, 주변 세포들까지 염증 상태로 만드는 현상이다. 이러한 만성 염증은 주요 장기의 기능을 떨어뜨리며, 특정 유형의 암, 알츠하이머병 같은 신경퇴행성 질환의 발생 위험을 높이는 핵심 동인으로 꼽힌다. 새로운 치료 전략의 부상…'미토콘드리아 쓰레기' 제어 이번 발견은 새로운 치료법의 가능성을 보여준다. 연구팀은 SAMHD1 효소를 억제하거나 디옥시리보뉴클레오사이드를 직접 보충해 세포 내 올바른 벽돌(dNTP) 재고를 인위적으로 높이면, mtDNA 부실공사가 줄고 염증 반응도 완화된다는 사실을 실험으로 증명했다. 아직 mtDNA에는 자체적인 벽돌 재고 관리 시스템이 밝혀지지 않았지만, 과학 기술로 이를 인위적으로 조절할 길이 열린 셈이다. mtDNA 내 '뉴클레오타이드 균형'을 조절하여 염증의 근원을 차단하는, 이른바 '미토콘드리아 쓰레기(Mitochondrial Trash)' 제어 기술이 건강 수명, 나아가 인간의 전체 수명 연장의 중요한 돌파구가 될 전망이다.
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