'극한 에너지 우주 선(線)'…북두칠성에서 나온다

국제공동연구팀, 관측결과 발표

▲극한에너지가 나오는 우주 영역은 붉은색 지점으로 큰곰자리의 북두칠성 근처인 것으로 확인됐다.[사진제공=성균관대]

[아시아경제 정종오 기자] '극한 에너지 우주선'은 큰곰자리의 불두칠성에서 나오는 것으로 파악됐다. 인간이 만들 수 있는 한계보다 1만배 이상 높은 '극한에너지 우주선(宇宙線)'의 실체가 파악돼 눈길이 집중되고 있다. 우리나라 과학자들이 참여한 한·미·일·러 국제공동연구팀이 천체물리학 데이터를 5년 동안 분석한 결과 '극한에너지의 우주선(cosmic ray)'이 만들어지는 우주의 국소영역을 발견했다.

Telescope Array(TA) 국제공동연구팀은 2008년부터 미국 유타사막에 250억원을 들여 서울시만 한 면적에 500여개의 입자검출기와 3개의 대형 망원경을 설치했다. 북반구 최대 크기의 초고에너지 우주선 관측소를 완성했다. 2008년 5월부터 지난해 5월까지 5년 동안 72개의 극한에너지 우주선을 관측하고 이 중에서 19개가 '큰곰자리의 북두칠성' 근처에서 나온다는 것을 발견했다. 이번 연구결과는 미국의 천체물리학저널 레터에 실렸다.

우주선은 우주에서 지구로 떨어지는 모든 입자의 총칭이다. 대부분 양성자, 즉 수소핵이나 무거운 핵 그리고 전자, 감마선과 중성미자가 있다. 우주선은 1912년 헤스가 처음 발견했는데 이의 모체와 기원, 전파과정은 100년이 넘게 미스터리로 남아 있다.

극한에너지 우주선의 4분의 1이 우주하늘의 16분의 1에 해당하는 지점(즉위 146.6도, 적위 43.2도)에서 나왔다는 것을 의미한다. 만약 특정한 에너지원 없이 무작위로 발생하는 경우라면 이러한 관측 결과가 나올 확률은 1만분의 1.4에 해당한다.

극한에너지는 5x1019 eV 이상의 에너지를 말한다. 인간이 측정할 수 있는 에너지의 끝이란 의미로 '끝에너지'라고도 부른다, 크기는 먼지보다 작은 양성자 하나가 가지는 에너지로 어마어마하다. 현재 인간이 만들 수 있는 한계보다 1만배 이상으로 빅뱅 이후 수초 내에 해당하는 에너지이다. 이런 막대한 에너지가 현재까지 남아 있었는지 아니면 현재의 우주에 이러한 초거대가속기가 존재하는지는 순수기초과학의 11가지 미스터리 중의 하나였다.

이번 연구결과는 극한에너지의 소스가 있다는 사실을 발견했다는 데 있다. 과학자들이 과거 수십년 동안 찾아온 것으로 소스가 무엇이고 어떻게 만들어지는지가 앞으로 밝혀질 것으로 기대된다. 후속 연구를 위해 TA 공동연구팀은 네 배가 큰 면적에 검출기를 확장하는 등 2차 실험을 시작할 계획이다.

국제공동연구팀에 참여한 우리나라 과학자들은 박일흥 성균관대(물리학과), 천병구·김항배 한양대, 양종만 이화여대, 류동수 울산과기대, 권영준 연세대 교수 등이다.

박 교수는 "인간이 만들 수 있는 에너지를 훨씬 뛰어넘는 최고의 에너지가 우주에서 오고 있고 이런 극한에너지가 우주에 고루 퍼져 있는 것이 아닌 특정한 소스가 있다는 사실을 발견한 데 의미가 있다"며 "북두칠성 근처에서 발생되고 있다는 사실에 주목할 필요가 있다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr