24일 미국 유타주 사막에 입자검출기 수백 개를 설치해 고에너지 우주선을 관측하는 '텔레스코프 어레이'(Telescope Array) 공동연구단은 과학 저널 '사이언스'(Science)에서 2021년 5월 포착된 우주선 입자의 에너지가 244EeV(엑사전자볼트=10의 18제곱 전자볼트)로 이론상 가능한 수치보다 5배나 큰 것으로 분석됐다고 밝혔다.
일본 신화에 나오는 태양의 여신 이름을 따 '아마테라스 입자'로 명명한 이 우주선은 2021년 5월 27일 유타주 텔레스코프 어레이 북서쪽 부분의 검출기 23개, 48㎢의 면적에서 포착됐다.
이 입자들은 분석 결과 에너지가 244EeV(약 40J)에 달하는 극단적인 초고에너지 우주선(UHECRs : Ultrahigh-energy cosmic rays)으로 밝혀졌다.
초고에너지 우주선은 인간이 만든 입자가속기에서 도달할 수 있는 에너지보다 약 100만 배 강력한 수준인 1EeV 이상의 아원자 하전 입자가 우주에서 날아오는 것을 말한다.
연구팀은 지난 1991년 발견된 '오마이갓 입자'(Oh-My-God particle) 이후 텔레스코프 어레이에 30개 이상의 초고에너지 우주선이 관측됐지만, 에너지 수준이 오마이갓이나 아마테라스 입자에 근접한 것은 한 개도 없었다고 밝혔다.
현대 물리학 이론으로는 아무리 강력한 초고에너지 우주선이라 해도 에너지 수준이 이론적 한계인 50EeV를 넘을 수 없다. 이에 과학자들은 혼란에 빠진 상태다.
이전까지 50EeV가 넘는 우주선이 포착된 것은 '오마이갓 입자' 뿐이었다. 이 우주선은 에너지 수준이 320EeV로 존재해서는 안 될 정도였으며, 당시 천체 물리학자들을 충격에 빠뜨렸다.
두 우주선 모두를 불가사의한 존재로 만드는 점은 언제 어디서 어떻게 만들어진 것인지 알 수 없다는 사실이다. 아마테라스가 날아온 방향에는 근원 은하나 잠재적 출처가 될 만한 다른 알려진 천체가 전혀 없었으며, 우주선이 온 방향은 우주 거대 구조에서 은하가 거의 존재하지 않는 빈 공간 영역(Local Void)이었다고 연구팀은 설명했다.
과학자들은 존재 자체가 미스터리인 두 초고에너지 입자가 현대 물리학의 불완전성을 보여주는 사례로 보고 있다.
YTN 이유나 (lyn@ytn.co.kr)
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30년 만에 또 발견된 초고에너지 우주선…과학자들 '혼란' - YTN
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