이론상 '존재할 수 없는' 입자, 우주 빈 공간서 날아왔다

물리학 상한선 넘는 우주선, 2년만에 재포착
출처 될만한 은하 없어…빈 공간서 날아왔다

현대 물리학에선 이론상 존재할 수 없는 '정체불명의 입자'가 포착돼 과학계의 관심이 집중되고 있다. 이 입자는 2년 전에도 한 번 포착된 바 있다.

24일(현지시간) 과학 저널 '사이언스'지에 따르면, 이번 입자 관측은 미국 유타대와 일본 도쿄대가 주도하는 공동연구단이 포착했다. 이 입자의 이름은 '아마테라스 입자'로 명명됐다. 일본의 고대 신화에 등장하는 신 아마테라스의 이름을 딴 것이다.

해당 입자는 2021년 5월에 한 차례 포착된 바 있다. 에너지는 244Eev(엑사전자볼트=10의 18승 전자볼트)에 달해, 현대 물리학에서 이론상 가능한 우주선의 최대 수치를 5배나 뛰어넘는다.

초고에너지 '아마테라스 입자'와 대기권 입자들의 충돌 상상도 [이미지출처=연합뉴스]

공동연구단은 미국 유타주 서부 사막의 델타 외곽 700㎢ 면적에 정사각형 격자로 입자 검출기 507개를 배열, 우주에서 나오는 고에너지를 탐지하는 연구를 하고 있다. 이 연구에는 박일흥 성균관대 교수, 천병구 한양대 교수, 류동수 울산과기원(UNIST) 교수 등 국내 연구진도 다수 참여했다.

앞서 아마테라스 입자는 2021년 5월27일 이 검출기 23개에서 포착됐다가, 2년여 뒤인 최근에 다시 한번 발견됐다.

특히 과학자들은 이 입자의 에너지양에 혼란을 겪고 있다. 아무리 강력한 '극단적인 초고에너지 우주선(UHECRs)'이라 해도 에너지 수준은 50EeV를 넘을 수 없는데, 아마테라스 입자의 에너지는 244EeV다.

다만 50EeV 상한선을 넘은 우주선이 발견된 건 이번이 처음이 아니다. 1991년 유타대 '플라이아이' 실험에서도 320EeV 수준의 우주선이 포착된 바 있고, 당시 과학자들은 이 입자에 '오마이갓 입자'라는 이름을 붙였다.

한편 연구팀은 아마테라스가 날아온 방향에는 출처가 될만한 천체가 전혀 없었다고 전했다. 즉, 우주선이 온 방향에는 우주 거대 구조에서 은하가 거의 존재하지 않는 빈 공간 영역(Local Void)이라는 것이다.

임주형 기자 skepped@asiae.co.kr