정체를 알수 없는 초고에너지 우주선 발견

최근, 현대 물리학으로는 설명하기 어려운 우주의 비밀스러운 존재, 초고에너지 '우주선(Cosmic Ray∙宇宙線)'이 또 다시 관측되었습니다. 그 출처는 전혀 알 수 없는 '공허(Void)'한 곳에서 발견되어, 이는 우주 탐구의 한계에 대한 새로운 징표로 평가되고 있습니다.

 

이번에 포착된 우주선은 이론상 가능한 수치의 5배나 되는 244EeV(엑사전자볼트=10의 18제곱 전자볼트)의 에너지를 가지고 있었던 것으로 확인되었습니다. 이 연구 결과는 최신 과학 저널인 '사이언스(Science)'에 발표되었죠.

 

이 발견을 이끈 연구팀은 '텔레스코프 어레이'를 이용해 이 우주선을 관측했습니다. 미국 유타주 서부 사막에 위치한 이 어레이는 입자 검출기 507개를 700㎢의 면적에 일정 간격으로 배열하여 우주를 관측하고 있습니다. 국내에서도 성균관대, 한양대, 울산과기원(UNIST)의 연구팀이 이에 참여했습니다.

 

'우주선'이라는 용어는 우주에서 발생하는 모든 방사선과 입자를 포괄하는 개념이기 때문에 이름과 달리 다양한 유형을 포함하고 있습니다. 이번에 발견된 '아마테라스 입자'는 2021년 5월 27일, 일본 오사카 공립 대학교의 천문학자 토시히로 후지이가 우연히 발견했습니다. 후지이 박사는 처음에는 이것이 소프트웨어 오류나 일반적인 관측 오류일 거라고 생각했지만, 이는 오류가 아니었다고 밝혔습니다. 이후 연구팀은 이 우주선을 '아마테라스 입자'로 명명했습니다.

 

 

이러한 강력한 UHECR(초고에너지 우주선)은 지금까지 두 번째로 관측되었습니다. 가장 처음 관측된 초고에너지 우주선은 1991년 발견된 '오마이갓 입자(oh-my-God particle)'로, 당시 에너지는 320EeV에 달했습니다. 그 이후에도 30개 이상의 우주선이 관측되었지만, 이번 '아마테라스 입자'의 경우 이전과는 비교할 수 없이 높은 에너지를 지니고 있었습니다.

 

연구자들이 놀란 이유는 이 우주선의 에너지가 현대 물리학 이론으로는 설명하기 어렵기 때문입니다. 일반적으로 현대 물리학 이론에서는 우리 은하로부터 다른 은하로 이동하는 입자의 최대 에너지를 50EeV로 추정합니다. 그 이상의 에너지는 '그레이젠-자트세핀-쿠민즈' 한계를 넘어선다고 알려져 있죠. 그런데 '오마이갓 입자'와 '아마테라스 입자'는 이 한계를 훨씬 뛰어넘은 것입니다.

 

더욱이, 이 우주선의 출처 역시 수수께끼입니다. 일반적인 UHECR은 우주를 직선으로 이동하기 때문에 자기장에 강하게 반응하지 않아 역산을 통해 왔던 방향을 파악할 수 있습니다. 그러나 '아마테라스 입자'와 '오마이갓 입자'의 경우, 그들이 날아온 방향으로 역산해보면 알려진 천체가 아닌 '빈 공간(void)'이 나왔습니다.

 

이러한 현상에 대해 연구자들은 우주선의 진로에 대한 현재의 이론이 잘못될 수 있다고 제기했습니다. 이러한 우주선이 연구팀의 예상과는 다른 방향에서 올 수도 있다는 것이죠.

 

아마테라스 입자가 현재까지 알려진 물리학적인 과정을 넘어서 생성되었고, 그 추적을 훨씬 먼 거리로 이동했을 가능성도 고려되고 있습니다. 어떤 경우에도, 이는 현대 물리학에서는 설명하기 어려운 미스테리로 남아있는 상태입니다. 이에 대해 논문 공동 저자인 존 벨츠 유타대 교수는 "기존의 이론으로는 설명할 수 있는 방법이 없기 때문에 사람들이 이야기하는 온갖 이상한 아이디어를 뱉어보는 것일 뿐"이라고 말했습니다.

 

이렇듯, 현대 물리학이 직면한 이번 우주의 미스테리는 우리에게 새로운 관점과 이해를 요구하는데, 이에 맞는 더 많은 연구와 탐구를 통해 이러한 미지의 현상들에 대한 해답을 찾아나가야 할 시점이 아닐까 생각이 듭니다.