기본 콘텐츠로 건너뛰기

우주 이야기 308 - 중력이 만든 빛의 마술

​
​
 아인슈타인의 상대성 이론은 빛의 경로가 중력에 의해 변할 수 있음을 의미합니다. 이는 다양한 관측을 통해서 확인되고 있는데, 그 중에서 멀리 떨어진 천체를 관측하는 천문학자들에게 중요한 것은 바로 중력 렌즈(Gravitational Lens) 효과입니다. 은하나 은하단이 가진 중력 때문에 빛의 경로가 휘게 되면 마치 렌즈 같은 효과를 나타냅니다. 이는 고리 모양으로 나타날 수도 있고 십자가 모양으로 보일 수도 있는데 각각 아인슈타인 링과 아인슈타인 십자가로 불립니다.
​
 최근 허블 우주 망원경은 거대 질량을 가진 은하단에 의해 형성된 아인슈타인 십자가를 발견했습니다. 이는 멀리 떨어진 초신성이 4개의 이미지로 분리된 것으로 십자가 보다는 앙증맞은 별의 이미지처럼 보입니다. (아래 사진)
​
​

(사각형 안쪽에 작은 네개의 점이 중력 렌즈로 인해 나타난 네 개의 초신성 이미지. The many red galaxies in this Hubble Space Telescope image are members of the massive MACS J1149.6+2223 cluster, which strongly bends and magnifies the light of galaxies behind it. A large cluster galaxy (center of the box) has split the magnified light from an exploding background supernova into four yellow images (arrows), which form an Einstein Cross. Credit: Image courtesy of Z. Levay at NASA's Space Telescope Science Institute and ESA. Patrick Kelly and Alex Filippenko at UC Berkeley contributed to the discovery and analysis. ) 
​
 이를 발견한 캘리포니아 대학의 패트릭 켈리 (UC Berkeley postdoctoral scholar Patrick Kelly)는 글라스(Grism Lens-Amplified Survey from Space (GLASS)) 팀의 일원으로 캘리포니아 대학의 알렉스 필리펜코 교수(Alex Filippenko, UC Berkeley professor of astronomy)와 함께 이 초신성의 이미지를 보고했습니다. 그에 의하면 퀘이사의 경우 아인슈타인 십자가가 많이 확인되었으나 초신성은 이번 발견이 처음이라고 하네요.
​
  이번에 발견된 초신성은 중력 렌즈 관측의 선구자인 노르웨이의 천문학자  Sjur Refsdal의 이름을 따서 SN Refsdal라고 명명되었습니다. 그리고 렌즈 역할을 한 은하단은 MACS J1149.6+2223이라고 합니다. 각각 적색 편이가 Z=1.5/0.5 인 천체들입니다. 초신성의 위치는 지구에서 대략 93억년 정도입니다.
​
 한 가지 더 흥미로운 사실은 이 중력렌즈 효과가 천문학자들에게 리플레이(replay) 기능을 제공한다는 것입니다. 그 이유는 빛이 굴절되면서 더 먼거리를 돌아오기 때문입니다. 연구자들에 의하면 그 시차는 약 10년 정도라고 합니다. 즉 10년전에 발견 못한 초신성의 빛이 중력 렌즈에 의해 휘어지면서 지구에서 관측이 가능해 진다는 것이죠.
​
​
​

(중력 렌즈에 의한 빛의 굴절. The light from the underlying supernova is deflected by the gravity of a large collection of galaxies and an elliptical galaxy, which thus acts like a magnifying glass and amplifies the light from the distant supernova. This special phenomenon, called gravitational lensing effect, works like nature's own giant telescope and the supernova appears 20 times brighter than its normal brightness. Credit: NASA/ESA/GLASS/FrontierSN team)
​
 컴퓨터 시뮬레이션에 의하면 지난 10년간 이 지역에서 관측하지 못한 50개 정도의 초신성이 10년의 시차를 두고 관측이 될 수 있다고 합니다. 렌즈 덕분에 밝기 역시 증폭되어 본래 밝기의 20배까지 밝아집니다. 이를 통해 새로운 초신성이 많이 발견될 가능성이 있습니다. 결국 과학자들에게 매우 멀리 있는 초신성을 찾을 수 있는 기회를 제공하는 것입니다.
​
 연구자들은 이 초신성들 가운데 Type Ia 형을 찾을 수 있기를 희망하고 있습니다. 이를 통해서 아주 멀리 떨어진 은하의 정확한 거리를 측정할 수 있기 때문입니다. 중력 렌즈는 자연이 만드는 신기한 빛의 마술인 동시에 학문적으로도 중요한 역할을 하고 있습니다.
​
 참고
​
​
​
  
​
​
    

댓글

이 블로그의 인기 게시물

중등도 코로나 19 환자에서 제한적인 효과만을 확인한 렘데시비르

   현재 렘데시비르는 인공 호흡기 치료가 필요한 환자 등 중증 코로나 19 환자의 치료제로 사용되고 있습니다. 다만 공급이 부족해서 갑자가 중증 코로나 19 환자가 늘어날 경우 수급 문제가 불거질 수밖에 없습니다. 따라서 이를 중등도 코로나 19 환자 (경증이나 무증상은 당연히 치료가 필요없거나 대증 요법 정도) 사용한다는 것은 지금 당장에 급한 연구는 아니지만, 나중에 수급량이 많아지고 가격이 낮아질 때를 생각하면 의미 있는 연구 결과입니다.   렘데시비르 제조사인 길리어드 사이언스의 다아애나 브레이너드 박사 ( Dr. Diana Brainard of Gilead Sciences )는 병원에 입원이 필요했던 중등도 코로나 19 환자 584명을 렘데시비르 5일, 10일 투여 실험군과 위약을 투여한 대조군으로 나눠 임상 경과, 사망 등 중요한 합병증 발생 등에서 차이를 보이는지 조사했습니다. 연구 대상자의 40% 이상은 당뇨 같은 만성 질환이 있었으며 평균 연령은 57세였습니다.   연구 결과 대조군의 2%, 5일 투여군의 2%, 10일 투여군의 1%가 사망했으나 사망자 수가 4명, 3명, 2명 정도로 통계적 차이를 판단하기에는 사망자 수가 적어 결론을 내리기 어려웠습니다. 연구팀은 5일 투여군에서 임상 경과가 다소 호전되는 것을 판단했으나 10일 투여군에서는 통계적 차이를 검증할 수 없었습니다. 결론적으로 말해 중등도 코로나 19 환자에서 렘데시비르 투여는 확실한 임상적 이득이 없었습니다.     5일 투여량만 해도 가격이 3120달러라는 점을 감안할 때 중등도 환자에서 렘데시비르 투여는 설령 공급이 원활하다고 해도 적절한 치료법이 아닌 것으로 판단됩니다. 더구나 지금처럼 공급이 불안해 중증 환자 투여 물량 확보가 아쉬운 상황에서는 말할 것도 없습니다.  이번 연구는 렘데시비르보다 효과가 뛰어나면서 저렴한 차세대 항바이러스 치료제의 필요성을 다시 보여준 것으로 생각됩니다....

178Tb/s - 광섬유 통신 신기록 수립

  ( Lidia Galdino, lead researcher on the study. Credit: James Tye / UCL )  현재 가정에 들어오는 초고속 광통신은 10Gb/s 정도가 가장 빠른 편입니다. 그러나 사실 광섬유를 통해서 보낼 수 있는 정보량은 이것보다 훨씬 많습니다. 현재 개발 중인 기술 가운데서는 이미 1Tb/s 이상이 속도를 지닌 것들이 많아 미래에는 테라 인터넷 시대가 가능할 것으로 예상됩니다. 그런 가운데 영국 유니버시티 칼리지 런던 (UCL)의 리디아 갈디노( Lidia Galdino )가 이끄는 연구팀이 178Tb/s라는 신기록을 세웠다는 소식입니다.   광섬유 통신을 위한 주파수는 4.5THz까지 높일 수 있습니다. 최근에 개발된 신기술은 9THz 벽도 돌파했습니다. 그러나 연구팀은 16.8THz라는 새로운 영역에 도달했습니다. 주파수가 높을 수록 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다. 하지만 16.8THz의 주파수로도 178Tb/s의 데이터 전송 속도는 사실 불가능합니다. 연구팀은  Geometric Shaping (GS) 방식으로 레이저 신호의 페이즈, 밝기, 편광 수준을 조절해 여러 신호가 서로 간섭 없이 전달되게 만들어 이런 신기록을 수립했습니다.   물론 새로운 기술이 항상 그렇듯이 바로 상용화가 가능한 것은 아닙니다. 특히 광섬유는 장거리 정보 전송이 가능해야 할 뿐 아니라 오류 없이 장시간 작동이 가능해야 합니다. 자꾸 에러가 생기거나 고장난다면 아무리 속도가 빨라도 무용지물입니다. 이 단계를 극복하고 경제성까지 갖춰 실용화 되는 경우는 사실 소수에 지나지 않습니다.   하지만 경쟁적으로 Tb 급 대역폭을 지닌 광통신 기술이 개발되고 있어 테라바이트 급 정보도 순식간에 전송할 수 있는 시대가 올 것은 분명합니다. 과거 전화선을 이용한 56K 모뎀에서 지금의 광섬유 기반 초고속 인터넷이 온 것처럼 속도는 계속 빨라질 수밖에 없기 때문입니다...

코로나 19 감염 위험성이 큰 동물은?

  ( A new genomic study ranks the potential of the SARS-CoV-2 spike protein to bind to the ACE2 receptor site in 410 vertebrate animals. Old World primates and great apes, which have identical amino acids at the binding site as humans, are predicted to have a very high propensity for binding ACE2 and are likely susceptible to SARS-CoV-2 infection. Credit: Matt Verdolivo/UC Davis )    코로나 19를 일으키는  SARS-CoV-2는 사스 및 메르스와 마찬가지로 박쥐를 자연 숙주로 삼는 베타 코로나바이러스 계통입니다. 따라서 본래 박쥐에 살던 바이러스가 중간 단계를 거쳐 사람으로 넘어온 것으로 추정됩니다. 그런데 이 이야기는 SARS-CoV-2 역시 사람에만 감염되는 것이 아니라 종을 넘어 다른 포유류나 조류, 혹은 척추동물에 감염될 수 있음을 시사합니다. 코로나 바이러스가 침투하는 경로인 ACE2 수용체는 다른 척추동물에서도 볼 수 있기 때문입니다. 다만 SARS-CoV-2와 ACE2 수용체의 결합 수준은 동물마다 큰 차이가 있어 감염 위험도는 모두 다를 수밖에 없습니다.   캘리포니아 대학 데이비스 캠퍼스 (UC Davis)의 조안나 다마스 (Joana Damas)와 그 동료들은 410종의 척추동물에서 ACE2 수용체 유전자를 조사해 코로나 19 감염 위험도를 조사했습니다. 연구팀에 따르면 ACE2 수용체 전체가 아니라 25개의 아미노산 배열이 특히 결합력에 큰 영향을 미쳐 감염 가능성을 결정합니다.   연구 결과 쉽게 예상할 수 있듯이 사람과 가까운 침팬치, 고릴라, 보노보...