출처 모를 초고에너지 우주선(宇宙線) 포착, 현대 물리학으로 ‘설명 불가’ > 과 학

이렇게 강력한 UHECR이 관측된 것은 이번이 두 번째다. 가장 먼저 포착된 초고에너지 UHECR은 1991년 포착된 ‘오마이갓 입자(oh-my-God particle)’로 에너지 수준이 320Eev에 달했다. 1991년 이후로도 30개 이상의 UHECR이 관측됐으나 에너지 수준이 ‘오마이갓 입자’와 비슷한 수준에 달한 경우는 이번이 처음이다.

학자들이 충격에 빠진 것은 이 우주선의 에너지 수준이 이론적으로 불가능하기 때문이다. 현대 물리학 이론에서는 입자가 다른 은하에서 우리 은하로 이동할 때 가질 수 있는 에너지의 상한선을 50EeV로 추정한다. 이는 양성자가 빛의 속도에 99.99% 가까울 정도로 빠르게 움직일 때 가질 수 있는 에너지의 크기로, 이 한계선을 ‘그레이젠-자트세핀-쿠민즈’ 한계라고 부른다. 그런데 오마이갓 입자와 아마테라스 입자는 이 한계를 아득히 뛰어넘은 것이다.

또 다른 미스터리는 이 우주선의 출처다. 보통의 UHECR은 저에너지 우주선에 비해 자기장에 강하게 반응하지 않기 때문에 우주를 직선으로 이동한다. 따라서 입자 측정 지점으로부터 역산하면 초신성 폭발이나 블랙홀 등 어떤 천체로부터 UHECR이 왔는지 알아낼 수 있다. 하지만 아마테라스 입자가 날아온 방향을 역산하자 알려진 천체가 없는 ‘빈 공간(void)’이 나왔다. 오마이갓 입자도 마찬가지였다.

연구자들은 자기장이 우주선의 진로에 미치는 영향에 대한 현재의 추정치가 잘못됐을 수 있다고 밝혔다. 아마테라스가 연구팀의 계산과 다른 방향에서 왔을 가능성이 있다는 것이다.

아마테라스 입자가 인류는 아직 모르는 물리적인 과정에 의해 생성돼 추정치보다 훨씬 먼 거리를 이동해왔을 가능성도 있다. 어느 쪽이든 현대 물리학으로는 설명이 불가능한 미스테리라는 것이다. 논문의 공동 저자인 존 벨츠 유타대 교수는 사이언스에 “시공간 구조의 결함일수도 있고, 우주 끈(cosmic string·우주 생성 초기에 형성된 아주 얇은 관 모양의 고에너지 물질)이 충돌한 것일 수도 있다”며 “사실 기존의 이론으로는 설명할 수 있는 방법이 없기 때문에 사람들이 이야기하는 온갖 이상한 아이디어를 뱉어보는 것일 뿐”이라고 했다.