우주는 끝없이 광활하고 신비로운 공간입니다. 우주에서는 지구에서는 상상하기 힘든 다양한 물리현상들이 일어납니다. 이 글에서는 우주에서만 가능한 신기한 물리현상 7가지를 소개하겠습니다.
1. 블랙홀 (Black Hole)
블랙홀은 중력이 너무 강해서 빛조차 탈출할 수 없는 공간입니다. 블랙홀은 별이 죽으면서 폭발하거나 충돌하면서 생기며, 블랙홀의 중심에는 밀도가 무한대에 가까운 특이점이 있습니다. 블랙홀은 시공간을 왜곡시키며, 블랙홀에 가까이 다가가면 시간이 느려지고, 블랙홀에 빨려들어가면 시간이 멈추게 됩니다. 블랙홀은 직접 관측할 수 없지만, 블랙홀 주변의 물질이 블랙홀에 빨려들어가면서 방출하는 복사선을 통해 존재를 추론할 수 있습니다.
2. 퀘이사 (Quasar)
퀘이사는 매우 밝게 빛나는 물질로 '준성’이라고도 합니다. 퀘이사는 블랙홀이 주변의 물질을 집어삼키면서 나오는 에너지 때문에 밝게 빛납니다. 퀘이사는 초기 우주가 매우 혼돈스러웠음을 보여주는 증거이며, 수백 개 은하들이 모인 것보다 더 많은 에너지를 방출합니다. 중심에는 엄청난 규모의 블랙홀이 있는 것으로 추정됩니다.
3. 중성미자 (Neutrino)
중성미자는 전기적으로 중성이고, 사실상 질량이 없는 기본 입자입니다. 이 입자는 수 마일에 이르는 납덩어리를 아무런 방해도 받지 않고 통과할 수 있으며, 바로 이 순간에도 우리의 몸을 통과하고 있습니다. 이 유령같은 입자는 별의 생명이 끝나는 초신성 폭발이나 건강한 별의 내부 연소 때 생겨납니다. 중성미자의 존재를 확인하려면 땅속이나 바다 밑 또는 빙하 속에 검출기를 삽입해야 합니다.
4. 은하의 동종포식 (Galactic Cannibalism)
마치 지구의 생명체처럼 우주의 은하는 서로 먹고 먹히면서 끊임없이 진화합니다. 우리 은하에 이웃한 안드로메다 성운은 지금도 위성 가운데 하나를 삼키고 있는 중입니다. 안드로메다 주변에는 10개 이상의 성운이 흩어져 있고 차례로 안드로메다의 먹이가 될 것입니다. 은하의 동종포식은 은하의 크기와 모양을 바꾸며, 새로운 별이 탄생하게 합니다.
5. 중력파 (Gravitational Wave)
중력파는 우주시간의 왜곡을 가져오는 것으로 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 예언되었습니다. 중력파는 빛의 속도로 움직이지만 매우 미세해서 과학자들은 거대한 우주의 사건들을 통해 그 존재를 간접적으로 확인할 뿐입니다. 예를 들면 쌍성펄서의 공전주기는 매년 100만 분의 75초 정도 짧아지고 있는데, 상대성 이론은 이를 중력파에 의해 에너지가 방출되기 때문으로 간주합니다.
6. 태양계 밖의 혹성 (Exoplanet)
태양계 밖의 혹성이란 태양계 외부에 있는 다른 별의 주변을 도는 행성을 말합니다. 1990년대 초반까지만 해도 우주에서 발견된 행성은 태양계 행성 뿐이었지만, 천문과학자들의 노력으로 2020년까지 4천여개의 태양계 밖의 혹성들을 발견했습니다. 부족한 질량으로 별이 되지 못한 거대한 가스 행성에서부터 적색왜성의 주변을 도는 작은 암석 행성에 이르기까지 그 종류는 다양합니다. 천문학자들은 과학기술이 발전하게 되면 언젠가 지구와 비슷한 행성을 발견할 수 있을 것이라고 믿고 있습니다.
7. 반물질 (Antimatter)
반물질은 물질을 구성하는 입자들의 반대의 물질을 말합니다. 예를 들어, 원자의 핵을 도는 전자는 음전기의 성격을 갖고 있지만, 전자의 반물질인 양전자는 양전기의 성격을 갖습니다. 물질과 반물질이 서로 만나면 상호작용에 의해 순식간에 감마선이나 중성미자로 변해버리고, 그들의 질량은 아인슈타인의 방정식 E=mc2에 의해 에너지로 전환됩니다. 이론적으로는 이 반물질을 미래 우주선의 연료로 사용할 수도 있습니다.
우주의 기이한 현상들은 우주의 구조와 진화에 대한 흥미로운 이야기를 전해줍니다.