기본 콘텐츠로 건너뛰기

우주 이야기 863 - 관측 가능한 우주에 존재하는 모든 빛의 양을 측정하다



(This map of the entire sky shows the location of 739 blazars used in the Fermi Gamma-ray Space Telescope's measurement of the extragalactic background light (EBL). The background shows the sky as it appears in gamma rays with energies above 10 billion electron volts, constructed from nine years of observations by Fermi's Large Area Telescope. The plane of our Milky Way galaxy runs along the middle of the plot. Credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)


 과학자들이 관측 가능한 우주 (observable universe)에 있는 모든 광자(photon)의 숫자를 추정했습니다. 이는 우주에 있는 모든 천체의 밝기를 측정한 것과 마찬가지입니다. 언뜻 생각하기에는 어떻게 이런 측정이 가능할지 궁금하지만, 클렘슨 대학의 천체 물리학자인 마르코 아젤로 (Clemson College of Science astrophysicist Marco Ajello)와 그의 동료들은 나사의 페르미 감마선 우주 망원경 (Fermi Gamma-ray Space Telescope)를 이용해 이를 추정할 수 있는 방법을 찾아냈습니다. 


 페르미는 지난 10년 동안 우주의 강력한 감마선 방출원을 관측해왔습니다. 예를 들어 강력한 블랙홀의 제트인 블레이저 (blazer)가 대표적인 사례입니다. 초고온의 입자에서 나오는 감마선은 우주를 지나 지구까지 도달하면서 여러 입자와 충돌하는데 빛의 입자인 광자도 예외가 아닙니다. 특히 블레이저와 지구 사이에 다른 은하나 가스가 없는 경우 충돌할 입자는 사실 광자 밖에 없습니다. 연구팀은 이 광자와 은하 밖 우주를 돌아다니는 광자인 extragalactic background light (EBL)의 상호작용을 조사했습니다. 


 감마선과 EBL이 충돌하면 전자와 양전자가 생성되면서 블레이저에서 나온 감마선은 조금씩 약해집니다. 그 정도를 측정하면 우주에 있는 광자의 수를 추정할 수 있는 것입니다. 그 숫자는 대략 4x10^84개 입니다. 사실 우리가 체감하기 어려운 정도의 큰 숫자이지만 이번 연구는 그럼에도 불구하고 우주가 어둡게 보이는 이유 역시 같이 보여주고 있습니다  




(동영상) 


 연구팀에 의하면 우주의 거대함 덕분에 이 모든 광자를 다 모아도 2.5마일 밖에 있는 60와트 전구를 보는 수준에 지나지 않는다고 합니다. 이는 수많은 별에도 밤하늘이 어두운 이유를 잘 설명하고 있습니다. 또 다른 흥미로운 이야기는 페르미 데이터가 우주의 밝기 뿐이 아니라 시간에 따른 변화도 설명해준다는 점입니다. 멀리서 온 감마선 일수록 더 오래전 과거이기 때문입니다. 이에 따르면 우주가 가장 밝았던 시기는 100억년 전으로 우주에서 별 생성이 가장 활발한 시기였습니다. 


 생각하지 못했던 방법으로 알아낸 우주의 재미있는 사실 같습니다. 


참고 


댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...