천체 물리학의 풀리지 않은 미해결 문제 10가지 - 2편

200년 이상 정식으로 연구되고 있는 천체물리학에서 가장 흥미롭게 거론되고 있는 아직까지 풀리지 않은 주제 10가지에 대해서 다뤄보고 있습니다. 오늘은 그중 5위~1위까지에 대해 논의해보고자 합니다. 

 

 

5. 코로나 미스터리

코로나의 수수께끼는 태양 물리학에서 또 다른 미해결 문제입니다. 태양 대기의 가장 바깥 부분을 코로나(Corona)라고 합니다. 개기일식 동안 사람은 그것을 볼 수 있습니다. 문제는 태양 표면을 구성하는 광구가 약 100만 K의 온도를 가진 코로나보다 약 5,900 K만 온도가 높다는 것입니다. 열은 어떻게 차가운 물체에서 뜨거운 물체로 이동할 수 있을까요? 열역학의 기본 규칙이 어떻게 파괴될 수 있을까요? 코로나에서는 다른 메커니즘이 동작하는 것일까요? 그렇다면 그것은 정확히 무엇일까요? 알벤 웨이브일까요?

 

4. 리튬 문제

리튬 문제는 천체 물리학에서 Li-7 동위 원소의 양과 관련된 문제입니다. 첫 번째 요소는 빅뱅 직후에 형성되기 시작했습니다. 이들은 수소, 헬륨, 리튬뿐만 아니라 다양한 추가 원소의 흔적이 있었습니다. 수소와 헬륨의 경우 관측된 우주 구성은 빅뱅 이론과 일치합니다. 단, 리튬에 관해서는 차이가 있습니다. 가장 널리 받아들여진 빅뱅 이론에 따르면, 원시 리튬의 3배의 양이 존재해야 한다고 주장하고 있습니다. 

 

리튬 문제를 해결하기 위해서는 몇 가진 사항이 가정되어야 합니다.  우주의 리튬 존재량을 보다 정확하게 측정할 필요가 있을 수 있습니다. 천체 물리학적 해답은 계산에 오류가 있을 수 있다는 것입니다. 핵 물리학을 변경하는 것은 나머지 리튬을 찾는 또 다른 기술이 될 수 있습니다. 올바르지 않거나 누락된 반응으로 인해 리튬 문제가 발생할 수 있기 때문입니다.

 

 

3. 호킹 방사선

호킹 방사선으로 알려진 전자기 방사선은 이벤트의 지평선 근처에서 발생하는 양자 현상의 결과로 블랙홀에서 방출될 것으로 예상됩니다.

 

이 효과는 실험적으로 실현 가능한 상황에서 격리된 블랙홀에서 볼 수 없기 때문에 너무 작다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 그 결과, 호킹 방사선은 아직 발견되지 않았습니다. 물리학 연구자들은 그동안 동등한 시스템을 개발하고 연구하고 있습니다.

 

지금 이 시점에서 이 실험의 유효성을 공식적으로 확인할 수 없지만, 2010년 9 월에는 실험실에서 만든 화이트 홀 이벤트의 수평선을 모델링 한 천체가 호킹 방사선의 광학적 유사체를 생성한 것으로 여겨졌습니다. 최근의 가설 중 하나는 음속의 블랙홀을 호킹 방사선(소리의 교란이 중력 블랙홀 내의 빛에 해당함)을 모방할 수 있는 완전한 유체 흐름 유형과 연관시킬 수 있습니다.

 

호킹 방사선 검출의 방법과 타이밍은 아직 알려지지 않았지만 과학자들은 이 목표를 위해 노력하고 있습니다. 이러한 방사선이 발견된 후에 무슨 일이 일어날지는 불분명하지만, 블랙홀 연구에 새로운 시대가 도래할 것으로 기대하고 있습니다.

 

2. 은하 회전 곡선과 암흑 물질

별의 궤도 회전 속도와 은하 중심으로부터의 거리의 관계를 은하 회전 곡선이라고합니다. 태양계가 그 예입니다. 약 165년이 걸리는 해왕성과 비교하면 수성은 88일 만에 태양을 일주합니다. 또한 수성에서 해왕성까지 행성의 궤도 속도가 느려집니다. 그러나 원반 은하의 경우는 그렇지 않습니다. 넓은 범위의 거리에 걸쳐, 별은 은하의 중심 주위를 같은 또는 그 이상의 속도로 회전합니다.

 

위 그래프는 나선 은하 메시에 33의 회전 곡선(오류 막대가 있는 노란색과 파란색 점)과 눈에 보이는 물질의 분포에서 예측한 것(회색선)으로  은하를 둘러싸는 암흑 물질의 후광은 두 곡선의 차이를 설명하는 데 사용할 수 있습니다.

 

이 불일치에는 두 가지 결과가 있습니다. 뉴턴의 고전 물리학 원리가 어디에나 적용될 수 있는 것은 아니며, 은하에는 더 이상 보이지 않는 물질이 포함되어 있습니다. 암흑 물질은 이 검출할 수 없는 물질의 이름입니다. 암흑 물질의 가장 초기 징후 중 하나는 은하의 회전 곡선의 차이입니다.

 

1. 블랙홀

블랙홀은 천체 물리학에서 가장 중요한 미해결 문제 중 하나입니다. 블랙홀의 첫 번째 예는 일반 상대성 방정식의 대답에서 찾을 수 있습니다. 문제는, 일반 상대성 이론에 의해 예측된 수학적 블랙홀은 실제로 존재하는지, 아니면, 이 분야에서 많은 연구가 행해지고 있다는 사실에도 불구하고, 무한하게 붕괴하는 물체인가입니다.

 

과학의 세계는 두 개의 파벌로 나뉩니다. 관측된 블랙홀은 GTR에 의해 예측된 것이며, 특이점이 있다고 주장하는 사람도 있고, 수학적 블랙홀이 아니라 객체를 무한히 붕괴시키고 있다고 주장하는 사람도 있습니다. 관찰된 많은 현상은 전자의 설명을 무시합니다. 자기장의 강도도 그중 하나입니다. 드롭 디스크의 입자가 유일한 원천이라면 블랙홀은 어떻게 그러한 강력한 자기장을 생성할 수 있겠습니까?

 

블랙홀 대신 무한히 붕괴되는 물체를 통해 관측 가능한 사실을 많이 설명하는 더 나은 모델이 존재해야 합니다.

 

<출처: 게티이미지>

 

 

지금까지 천체물리학에서 해결되지 않은 흥미로운 주제에 대해 살펴보았습니다.