미국의 한 연구진이 초음속 제트 추진법을 연구하는 과정에서 우연히 빅뱅을 일으키는 메커니즘을 밝혀냈다.
미국주립대 센트럴플로리다대학교(UCF) 기계항공우주공학부 카림 아흐메드 교수는 국제적인 학술지 ‘사이언스’에 1일(한국시간) 실린 새로운 논문에서 폭발을 일으킬 수 있는 메커니즘을 자세히 설명했다. 이 메커니즘은 과학자들이 우주의 기원을 이해하기 위해 사용하는 모델들의 핵심이다.
우주의 기원은 빅뱅으로부터 시작됐지만, 초신성 폭발이 어떻게 점화됐는지는 지금까지 오랫동안 미스터리였다.
카림 아흐메드 교수는 “화염을 몰아 자체적으로 난류를 발생시키고, 자연적으로 가속하며, 폭발로 전환할 수 있는 중요한 기준을 규정했다”고 말했다.
연구진은 이때 초음속 제트 추진법을 탐구하면서 빅뱅형 폭발을 일으키는 기준을 우연히 발견했다.
아흐메드 교수는 “우리는 이 난류를 이용해 격렬한 반응으로 전환되고 본질적으로 초신성으로 이어지는 지점까지 반응을 강화했다”고 말했다. 또한 그는 “초신성 상태까지 가려면 난류를 이용해 소리의 5배 속도로 반응하는 곳으로 불꽃을 가져가야 한다”고 설명했다.
초신성은 항성진화의 마지막 단계에 이른 별이 폭발하면서 생기는 엄청난 에너지를 순간적으로 방출해 그 밝기가 평소의 수억배에 이르렀다가 서서히 낮아지는 현상을 말한다. 별의 일생 가운데 갑작스런 죽음의 단계를 일컫는다.
아흐메드 교수는 “우리는 추진에 대한 초음속 반응을 탐구한 결과 매우 흥미로운 이 메커니즘을 발견했다”고 말했다. 그는 이어서 “우리가 더 깊이 파고들기 시작했을 때, 이것이 우주의 기원만큼 심오한 것과 관련이 있다는 것을 깨달았다”고 밝혔다.
핵심은 적당한 양의 난류를 가하고 그것이 자체적으로 지속될때까지 무한정 불꽃을 혼합한다. 이때 불꽃은 흡수한 에너지를 연소시켜 마하 5의 초음속 초신성 폭발을 일으킨다.
이 발견은 폭발하는 환경에서 생성되는 물질들을 분석할 수 있는 난류 충격 튜브를 사용해 이뤄졌다. 초고속 레이저와 카메라는 폭발을 측정하고 화염이 극초음속의 격렬한 반응이 일어나는 지점에 도달하는 데 필요한 요인을 밝혀내기 위해 사용됐다.
이렇게 연소에 사용된 모든 물질이 에너지로 전환돼 그 어떤 것도 배출하지 않았다. 이 연구결과를 활용해 더 빠른 우주여행, 오염 물질을 배출하지 않는 발전 등에 적용할 수 있다.
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