우주는 '무'에서 탄생하였다. '무'는 빛도 물질도 시간이나 공간조차도 전혀 존재하지 않는 세계이다.
일상적으로 생각하는 '무'에서는 아무것도 태어나지 않는다. 그러나 미시적인 세계를 생각하는 양자론에서는 '무'는 요동하고 있는 것이다.
지금으로부터 약 150억년 전, '무'의 요동으로 10-34cm의 초미시 우주가 갑자기 탄생하였다.
'무'에서 태어난 우주는 우리 우주뿐인가? 몇 개의 우주가 태어났다 사라진 것으로 생각된다.
이러한 우주의 처음은 'singularity(특이점)'라고 불리울 것이다. 'singularity(특이점)'이란 시간의 시초가 무한히 큰 밀도와 무한히 큰 시공간의 곡률을 가진 점. 다시 말해, 시공간의 곡률이 무한대가 되는 점을 말한다. 이러한 'singularity'는 급속히 팽창하게 되고 이 시기에 우주는 'Big Bang'이라는 대폭발이 시작되었다고 생각할 수 있다.
그렇다면 'sinaularity'에서 탄생한 우주는 어떻게 Big Bang이라는 대폭발을 일으킬 수 있는 energy가 있었던 것일까?
이러한 의문엔 'Quantum Vaccum'이라는 양자진공에 의한 좀 더 정확한 생각이 필요하다.
'진공'이란 무엇인가? 상식적으로는 '아무것도 존재하지 않는 공간'이다. 따라서 '아무것도 존재하지 않는 공간'이라고 정의할 수 있을지도 모른다. 적어도 19세기까지는 그렇게 생각하 고 있었다. 그러나 현대의 물리학은 '진공엔 아무것도 존재하지 않는 것이 아니라, 오히려 그 곳에는 미시의 그리고 복잡한 현상이 숨어 있다'라고 말하고 있다.
우주론을 생각하지 않아도 진공의 숨겨진 성질을 나타내는 현상은 많다. 그 가운데 하나로서 유명한 것이 '카시미어의 효과'라 불리는 것이다. 이것은 두 장의 금속판이 서로 끌어 당기는 현상이다.
두 물체 사이에는 만유인력이 작용하지만 그 것을 말하는 것이 아니다. 이 것은 만유인력 보다 도 훨씬 강한 힘이고, 또 만유인력과는 달리 힘의 크기는 금속판의 무게와 상관이 없다.
이것은 1948년 네덜란드의 물리학자 카시미어가 예언한 현상이다. 그는 두 장의 판의 존재에 의하 여 공간이 분할되면 진공의 성질이 변해 버린다는 점에 주목하고 힘이 작용한다는 결론을 이끌 어 냈다. 이것은 이론 물리학에서는 상당히 널리 알려져 있다.
진공이란 직관적으로는 '아무것도 존재하고 있지 않은 상태'이다. 그렇다면 밀폐된 용기에서 공기를 완전히 빼낸다면 그것은 진공이 되는 것일까?
특별히 어려운 일을 생각하지 않아도 이것은 진공이 아님을 알 수 있다. 거기에는 전자기파가 존재하기 때문이다.
물체를 가열하면 빛난다. 즉 표면에서 빛을 방출한다. 식으면 빛나지 않게 되지만, 그래도 적 외선을 방출하고 있다.
빛은 전자기파의 일종이고 파장이 길어지면 인간의 눈에는 보이지 않는다. 그것이 적외선이다. 따스한 물체의 곁에 서 있으면 만지지 않아도 그 따스함을 알 수 있는데, 그것은 적외선을 몸으로 느낄 수 있기 때문이다. 물체는 전자기파를 방출한다. 전자기파의 세기와 종류는 물체의 온도에 의하여 정해진다. 따라서 용기에서 완전히 공기를 빼냈다고 해도, 거기에는 용기의 벽에서 방출된 전자기파(빛)가 가득하므로 진공이라고 말할 수 없다.
그렇다면, 진공이란? '입자가 없는 상태'이다. 전자파를 구성하고 있는 입자가 바로 광양자다.
그러나 전자기파란 그 이름에 나타나는 것처럼 파와 같은 것이라고 생각하는 것이 일반적이다.
'입자가 없는 상태'가 진공이기 때문에, 입자란 무엇인가를 먼저 알아야만 한다.
여기에 공이 하나 있다고 하자. 그 공이 A라는 사람과 B라는 사람의 손안에 동시에 있을 수는 없다.
공은 A의 손안이거나, B의 손안이거나 어느 한 쪽에만 있을 수 있다. 이와 마찬가지로 어떤 입자가 어떤 시각에 어느 한 군데에 존재한다는 것은 당연하다고 생각될지 모른다. 그런데 양자론에 따르면 이처럼 당연하다고 생각되는 일이 성립되지 않는다. A라는 장소에 존재하고 있는 상태, B라는 장소 에 존재하고 있는 상태 등, 다양한 상태가 동시에 무수히 '공존'하고 있다.
이를테면 원자 안의 전자를 생각해 보자. 전자는 오직 하나밖에 없어도 원자핵 주위의 다양한 장소에 존재하는 상태가 공존하고 있다. 이것은 A의 장소와 B의 장소의 '어느 쪽에 존재하고 있다'고 정해져 있는 것이 아니라, 어느 쪽에 존재하고 있는 상태가 '공존'하고 있는 것이다.
그 '공존의 방식'을 '공존도'라고 하는데, 이것은 다양한 가능성을 가지고 있지만 제멋대로는 아니다. 원자핵 주위의 전자의 경우, 원자핵에 가까운 위치에 있는 상태일수록 공존도가 높고, 멀어질수록 공존도는 0에 가까워진다.
어떠한 공존 방식이 허용되는가를 결정하는 것이, 양자론의 기본법칙이다. 그리고 허용되는 각 각의 공존 방식에 대응하여 그 전자가 가지는 에너지가 결정되고 있다.
왜 복수의 상태가 공존하고 있는 것일까? 그것은 우연히 어느 시각에 하나의 상태밖에 없다고 하면, 다음 순간에는 공간의 '어떤 장소'에 존재하는 상태까지도 공존하는 것이 양자론의 기본 적인 성질에서 유도되기 때문이다.
결국 전자가 어떤 특정한 위치에 있다고 하면 다음 순간에는 전자가 전체 공간으로 퍼져버린다 . 따라서 전자가 존재하는 위치를 원자와 같이 어느 정도 한정된 영역으로 제한하려고 한다면 공존하는 각각의 상태가 서로 영향을 미쳐 그 이상 퍼지지 않게 된다. 이 성질은 '불확정성 원 리'라 불리는 양자론에서의 기본 성질의 하나이다.
이와 같은 양자론의 생각이 어떻게 빛(전자기파)에 적용되는 것일까? 전자의 경우, 여러 장소 에 있는 상태가 다수 공존하고 있다고 설명하였다. 전자기파의 경우는 파이므로 장소가 퍼지고 있는 것은 당연하다. 전자기파를 양자론에서 생각할 때 문제가 되는 것은 장소가 아니라 파의 진폭이다.
진폭이란 파의 높이이다. 예를 들어 수면파를 생각해 보자. 그것이 1m 높이의 파인가, 2m 높이 의 파인가의 차이는 눈으로 보면 알 수 있으며, 더욱 미세한 차이라도 정밀한 기계를 사용하면 조사할 수 있다.
그러나 미시의 수준이 되면 그렇지가 않다. 파는 하나의 진폭만을 진동으로 하고 있는 것이 아 니다. 다양한 진폭을 가진 파가 공존하고 있다. 전자기파의 경우도 마찬가지이다. 매우 세밀하 게 조사하고 나서야 알 수 있는 일이지만, 반드시 다양한 진폭의 파가 공존하고 있다.
공존 방식은 전자기파에 대한 양자론을 써서 정해진다. 그렇다고 해서 하나로 정해지는 것은 아니다. 다양한 공존 방식이 있고 각각에 대하여 그 에너지가 정해진다. 그 에너지의 크기에 의 하여 전자기파에 광양자가 얼마나 포함되고 있는가가 정해지도록 되어 있다.
앞에서 밀폐된 용기에서 공기를 완전히 제거해도 아직 전자파가 가득하다고 말한 바 있다. 실제 로 예를 들면 사방 10cm(가로, 세로, 높이가 각각 10cm)의 상온(약 20도)의 용기 안에는 수천억 개의 광양자가 존재한다. 그러나 용기의 온도를 떨어뜨리면 이 수도 급격히 줄어드는데, 만일 OK라는 이상적인 상태가 실현된다면 광양자의 수도 0이 된다.
광양자의 수가 0이라는 것은 어떤 상태인가? 여기서 양자론을 생각해야 한다. 극히 미시의 수준 에서 보면, 전자기파의 진폭에는 다양한 크기의 것이 공존하고 있다. 공존의 방식도 다양한데, 그 중에서 가장 에너지가 작은 것이 광양자가 0이라는 상태에 대응하고 있다.
파의 에너지가 그 진폭과 관계가 있다는 것은 누구나 알고 있을 것이다. 파의 산이 높으면 그 에너지도 크다.
그렇다면 에너지가 가장 작은 상태의 경우는 어떠한가?
양자론이 등장하기 전이라면, 진폭이 완전히 0 (즉, 파가 아주 없는 상태)일 때 에너지도 최저 라고 생각했을 것이다.
그러나 여기서 앞에서 말한 불확정성 원리를 생각해야 한다. 입자의 위치에 대하여 이야기한 것 이 파의 진폭에서도 일어난다. 만일 어떤 시간에 진폭이 완전히 0이 되었다면, 다음 순간에도 모든 진폭의 파가 공존하게 되어 버리는 것이다. 즉, 파의 진폭을 될 수 있는 대로 작게 억제하 려면, 처음부터 어느 정도의 미세한 진폭의 차가 공존하고 있다는 것을 인정해야 한다.
그렇게 하면 공존하는 파가 서로 영향을 미쳐, 진폭이 그 이상 커지지 않도록 작용한다. 이 미 세한 파를 '0점 진동'이라고 부른다. 진폭이 0인 상태의 주변에서 일어나는 사소한 움직임이라 는 의미이다.
광양자가 전혀 없는 상태란, 전자기파가 전혀 없는 것이 아니라 이 양자론적인 0점 진동이 충만 해 있는 상태인 것이다. 그리고 사실 이것은 광양자에 한정된 이야기는 아니다. 전자이거나 양 성자이거나 모든 입자의 0점 진동이 이 공간에는 가득차있다. (정확히 말하면, 전자 등의 각 상 태의 공존도의 0점 진동이다.)
결국 진공이란 결코 아무것도 없는 상태가 아니라 이러한 0점 진동이 충만해 있다는 것을 알았 다.
그럼 이러한 것과 앞에서 말한 카시미어 효과와는 어떤 관계가 있는 것일까?
카시미어 효과란 공간에 두 장의 금속판을 놓으면 그 사이에 미소한 인력이 작용한다는 내용이 었다. 그 원인은 금속판을 놓으면 전자기파의 0점 진동에 변화가 생기기 때문이다.
금속판은 전자기파를 차단한다. 예를 들면 금속판으로 덮인 방 안에서는 TV나 라디오를 들을 수 없다. 전자기파는 금속판 위에서는 0이 되어야 하고, 방 안으로 들어갈 수 없다. 그것이 0점 진동에도 영향을 미친다. 전자기파의 0점 진동은 한 종류만이 아닌 여러 종류의 다양한 파장의 것이 있다. 물론 모든 파장에 대하여 각각의 0점 진동이 있다.
공간에 평행하게 놓인 금속판이 두 장 있다고 하자. 그러면 금속판 위에서는 전자기파는 완전히 0이 되어야 하므로, 금속판 사이에서 가능한 전자기파의 종류가 제한된다. 이것은 0점 진동에도 적용된다.
0점 진동의 종류에 제한이 생긴다. 즉 금속판 위에서 진동이 0이 되는 파밖에 존재할 수 없게 된 다. 따라서 이제는 금속판이 없을 때와 같은 진공이라 할 수 없게 된다. 당연히 진공의 상태는 금속판의 간격에 따라서도 변한다.
상태가 변하면 그 상태가 가지는 에너지도 변한다. 진공에서도 0점 진동이 있으므로, 0점 진동의 모습이 변하면 그 에너지도 변한다. 카시미어는 1948년에 그 변화를 계산하였다. 그리고 급속판 의 간격이 좁을수록, 0점 진동에의한 진공의 에너지도 작아진다는 것을 알아냈다. 물체는 에너지 가 작은 방향으로 움직이려고 한다. 지상의 물체가 낙하하는 것도 낮은 쪽이 위치 에너지가 작기 때문이다.
따라서 금속판의 경우도 에너지가 작고 간격이 좁은 상태로 움직이려 한다. 결국 금속판은 서로 끌어당겨 합쳐지게 된다.
이 효과의 실험은 1958년에 이미 실행되었다. 그러나 극히 미소한 힘을 측정하는 실험이라서 매 우 어렵고, 그 결과는 카시미어의 계산과 모순은 되지 않았지만 그 오차가 컸다. 이번에 발표된 미국의 로스앨러모스 국립 연구소에서 실시한 실험에서는, 5% 이내의 오차로서 계산과 일치하는 결과가 나왔다.
카시미어 효과는 진공 중에서도 일어난다는 의미에서 매우 인상적인 현상이지만, 0점 진동의 효 과는 자연계의 다양한 장소에서 볼 수 있다. 맨 처음에 설명한 것처럼 우주의 물질 발생과 관계 가 있는지도 모른다.
그 의미를 비유를 들어 설명해 보자. 추가 달린 긴 끈이 늘어져 있다고 하자. 흔들이(진자)이다. 얼핏 보면 정지해 있는 것처럼 보이지만 미시적으로 보면 이 흔들이는 0점 진동을 하고 있다. 다음에 이 끈을 똑바로 끌어올렸다고 하자. 요컨대 길이가 짧은 흔들이로 바꾸는 것이다.
만일 흔들이가 완전히 정지하고 있고, 또 정확하게 똑바로 끌어당겼다고 하면 짧아진 흔들이도 움직이고 있지 않다. 그러나 현실에서는 0점 진동이 있으며, 흔들이가 짧아지는 과정에서 그 진 동이 증폭되는 일이 있다. 결국 '짧아졌다'고 하는 '상태로의 변화'로 이제는 0점 진동이 이닌 것이 된다. 그것은 이미 진공에 대응하는 진동이 아니라, 광양자나 그 밖의 입자가 존재하는 상 태가 된다. 이것이 바로 입자의 발생인 것이다.
즉, 진공은 물질을 창조해내는 힘을 갖고 있다는 것이다. 최근 소립자 연구에 많이 사용되는 입 자 가속기는 진공의 한 점에 아주 높은 에너지를 집중시킬 수 있다. 그렇게 하면 진공의 한 점 에서 입자와 반입자가 쌍으로 함께 태어난다는 것이다. 반입자란 어떤 입자와 전하가 반대라는 점 외에는 똑같다. 가령 전자는 음(-)전하를 가진다. 그런데 전자의 반입자인 '양'전자는 다른 적은 모두 같고 (+)전하를 띤다. 입자와 반입자가 충돌하면 에너지를 내고 소멸해 버린다. 이 것을 쌍생성, 쌍소멸이라고 하는데 이러한 '진공'의 특성에서 우리가 알아챌 수 없을 만큼 짧은 시간 동안 무수히 많은 쌍생성-쌍소멸의 과정이 되풀이 된다.
에너지의 근원이 바로 이 쌍소멸인 것이다. 만약 입자와 반입자 쌍이 모두 똑같은 숫자만큼 만 들어졌다면 모든 입자와 반입자들은 소멸해 다시 에너지로 돌아가 지금 우리가 사는 세계는 만 들어질 수 없었을 것이다. 그러나 양자역학에 따르면 우주탄생 초기 순간에 입자와 반입자의 수 는 가령 반입자가 10억개 태어났다면 10억 1개의 입자가 태어났다는 것이다. "왜 그랬는가?"라 는 물음에 대해서는 확률 내지는 우연의 법칙이라는 설명밖에는 할 수 없다.
그리고 우주가 있기전엔 지름 1cm의 불타는 공이 있었다는데 우주의 전파를 타다보면 그런게 있다는데 사실인지는 모르겠습니다.
퀘이사
1. 서론
Quasar는 Quasi-Stellar Object(QSD)
우리말로 하면 준항성천체라고 불리는 우주의 끝에있는 최근에 발견된 새로운 천체로서 밝기가 보통 은하의
100배나 되며 그리고 적색 이동값 즉
거리가 같다고 한다면, 보통 은하와는 밝기가
5등급의 차이가 있으며, 여기서 나오는 빛은 별이 아닌 곳에서 나오고,
아주 먼 거리에 있는
천체이다. 한때는 빛보다 더 빠르게 움직인다고 발표가 되어 많은 과학자들을 흥분시켰던 것이다.
여기서는 퀘이사의 중요한 특징들을 몇 가지
들어보고 그 이유를 살펴보려고 한다.
2. 본론
1) 퀘이사의 발견
1950년대 말에 간섭계를 이용하여 약 200개의 전파원 구조가 관측되었는데 그 결과 전파원이
평균 30″ 정도의 각도로 퍼져있으며 대부분이 두 눈알 구조를 가지고 있다는 것이 알려졌다.
그 중에서 10개 정도는 여전히 분해할 수 없으며,
1″이하에 상당하는 작은 전파원도 있다. 퀘이사 는
1960년에 Thomas Mathews와 Allan Sandage가 전파와 광학원의 조합을
추적하면서 전파원 3C 48에 16등급의 어두운 별과 같은 천체가 있음을 발견하였다.
그 후 1963년에 13등급의 전파원
3C 273을
발견하였는데 이 천체는 엷은 제트 모양의 성운을 수반하고 있고,
별과 제트가 각각 2개의 전파구조와 대응하고 있었다.
2)퀘이사의 특징
* 대부분의 퀘이사는 약한 전파원이거나 그렇지 않으면 전파를 전혀 내지 않는다. 이러한 천체는
보통의 비슷한 실시등급을 가진 별과 비교하여 강한 자외선복사(UV)를 나타낸다는 특징에 착안하여 발견하였다. 여기서 전파원이 전파를 내기
위해서는 안테나가 필요하다. 천체에서 안테나에 해당하는 것은 전리된 가스, 즉 성운에 해당하는 것인데 이 전파원의 위치를 정확하게 맞추어 보니
별의 위치와 일치함을 알게 되었다. 이것은 별이라면 안쪽의 온도가 바깥쪽의 온도보다 높기 때문에 낮은 가스에 의해서 흡수 스펙트럼이 보여야
하는데 스펙트럼 선은 모두 방출선이었다.
이것은 별 주위를 온도가 높은 가스가 둘러싸고 있다는 것으로 별이 이런 모습을 가지는 것은 특이한
일이다. 퀘이사의 광학적 외관은 별과 비슷한데 각지름은
1″ 미만이고 몇몇은 어두운 성운을 가지고 있다. 또한 어떤 퀘이사는 광학적인 변화를
하는데 이것은 퀘이사의 크기가 한계를 결정하는데 매우 중요하다. 천체가 주기
t로 변화한다면, 그 천체의 반지름은
t×광속(c)보다 작거나 같다
( R ≤ ct ). 만일 이러한 제한이 없다면 동일 근원내의 다른 곳에서의 폭발은 약간의 전체적인 변화로 평균화되어 버릴 것이다. 이 변화의
주기는 과거 수십년 사이에 1등급 정도의 밝기가
10년 정도를 보이고 있었다.
은하의 100배가 넘는 밝기가 10년정도의 짧은 시간단위로
변화하려면 그 천체는 10광년 정도의 좁은 장소로부터 나온다는 사실이다. 예를 들어 그러한 천체가 있는데 갑자기 밝기를
2배로 늘렸을 때
지구로부터 보면 처음에는 그 천체의 앞쪽 방향에 있는 빛이 가가오게 된다. 그리고 이보다 조금 늦어져서, 조금 더 뒤쪽방향으로부터 빛이 오게
된다. 이렇게 하여 가장 안쪽으로부터의 빛이 다가오는 것은 수 천년에서 수만년 늦어지게 된다. 즉, 수천광년 크기의 변광성이 있다고 한다면 빛의
세기가 변화하기 위해서는 적어도 수천년이 걸려야 한다. 그리고 이
3C273의 전자기파쪽은 빛의 밝기와는 달리 2,3년 사이에 거의 절반에
가까운 변화를 주게 되는데 이것은 전파가 나오는 부분이 아까 보다도 훨씬 좁은 영역이라는 얘기가 된다.
위의 얘기들을 다시 해보면 단파장대의 전자기파가 나오는 영역은 좀더 좁은 중심영역이고,
장파장대(빛의 영역)의 전자기파가 나오는 영역은 그것보다는 넓은 영역이라는 말이 된다.
그리고 이것들의 연속 스펙트럼을 보면 전파의 세기와
파장의 그래프를 그려보면 울퉁불퉁한 것을 알 수가 있는데 이것은 단파장대에 세기가 강한 부분은 퀘이사의 중심이 블랙홀이라고 할 때에 그 블랙홀로
전자들이 빨려들어갈 때 싸이클로트론처럼 나선모양으로 강하게 들어가면서 나오는 전자기파로 설명할 수가 있고,
이런 것들이 여러개의 구름으로 되어
있다가 팽창하고 분출되어가는 과정에서 이런 모습이 만들어 지는 것으로 보고 있다.
퀘이사는 방출선과 흡수선을 가지며 스펙트럼선은 나타낸다.
또한
대부분의 적외선 영역에서 복사하는 정상 나선 은하의 1000배에 가까운 에너지가 빛과
X-선, 전파등의 형태로 방출한다.
퀘이사의 중심
에너지원은 해마다 최소한 1043J 이상의 에너지를 가진 고속 전자 구름을 밖으로 폭발 시켜야 하는데,
현재까지 가장 발달된 퀘이사의 모델은
107~109 M◎의 질량을 가진 블랙홀을 포함하고 있다.
이 모델은 쌍 X-선원에서부터 시작되었는데 여기에서는 정상별에서부터 나온 물질들이
블랙홀로 떨어지기 전에 부착원반을 그 주위에 만든다.
퀘이사 모델에서 고밀도 은하핵의 초질량(supermassive)
블랙홀이 지나가는 별을
붕괴시킴으로써 연료를 태우며 이 별의 물질들이 부착 원반을 만들고,
블랙홀로 나선을 그리면서 복사를 내놓고,
퀘이사도 이러한 방식으로 에너지를
내놓는다.
* 별이라면 플랑크 복사선에 의한 그래프로서 어떤 파장의 빛은 어느 세기라고 정해져 있어서
별이라면 대략 플랑크의 식을 따르는데 이 천체는 플랑크의 식에서 완전히 벗어나 있었다.
이것은 팔로마산 천문대의 슈미트가 이것이 광속의 약
16%의 적색이동을 가진 스펙트럼임을 알아내었다.
여기서 적색이동이란 도플러 효과에 의해서 거리가 멀어질 때 빛이 실제의 빛보다 붉은 빛을 내는
것을 말하는데 이렇게 적색 편이가 크다는 것은 우리에게서 아주 빠르게 멀어지고 있다는 사실이다.
그런데 놀랍게도 OH471 이라고 붙은 퀘이사는
광속도의 90%로 후퇴하고 있었다. .그러니까 거의 빛의 속도에 가깝게 멀어지고 있는 것이다.
이것은 허블이 이야기한 우주 팽창 법칙과 정확하게
일치하는 속도였다.
물리학자들이 추측하는 우주의 나이는 약 150억년이다 그렇다면 퀘이사라는 천체의 나이는 거의
우주가 처음 탄생한 무렵에 가까운 셈이다. 그래서 퀘이사를 우주 끝에 있는 천체라고 부르기도 한다. 그러니까 퀘이사는 약
140 억년 전의
우주의 모습을 보여주고 있는 것이다. 현재까지 발견된 퀘이사의 숫자는 약
4000개 정도 된다.
이렇게 먼 곳에서부터 우리 태양계가지 기나긴 여행을 하는 동안 퀘이사에서 나온 빛은 수많은
은하와 은하단을 지나온다. 따라서 천문학자들에게 이 빛은 우주을 연구하는데 귀중한 자료가 된다. 빛은 자기가 지나온 자리의 여러 가지 이야기를
흔적으로 가지고 있기 때문이다. 태양빛도 지구에 도달하기까지 먼지와 구름을 통과하면서 산란되거나 흡수된다. 마찬가지로 퀘이사의 빛도 자기가
지나온 은하의 가스층이나 성간 물질에 따라 갖가지 변화를 일으킨다.
퀘이사의 빛 스펙트럼을 분석해보면 지구에서 100억 광년정도 떨어진 곳에 있는 젊은 은하들이
아주 활발한 활동을 하고 있다는 사실을 알 수 있다. 퀘이사의 빛에 흡수된 흡수선에 따르면 이 은하들이 높은 온도의 가스층을
15억 광년에
걸쳐가지고 잇기 때문이다. 우리 은하계의 가스층은
3만 광년 정도에 불과 하니까 멀리 떨어진 은하들이 훨씬 활발한 활동을 했었던 셈이다 또
퀘이사의 스펙트럼 중에는 은하가 되지 못한 가스 덩어리에서 나온 것으로 보이는 흡수선도 있다. 천문학자들은 그런 가스 구름은 질량이 너무 작아
은하로 뭉쳐지지 못한 채 그대로 사라졌을 것으로 추측 한다.
또 한가지 퀘이사를 통해 알 수 있는 중요한 사실은 아직도 수수께끼로 남아있는 암흑 물질의
크기나 분포를 짐작할 수 있다. 빛은 강한 중력의 영향으로 굽는다. 아주 먼 곳에서 날아오는 빛의 강력한 중력을 가진 천체나 암흑물질의 영향으로
여러 가지 신비한 현상을 나타낸다. 그 중에서 가장 많이 알려진 것이 중력렌즈 현상이다. 어떤 퀘이사는 중간에 있는 은하 때문에 그 모습으로
4중으로 나타나 마치 십자 모양을 하기도 한다. 이것을 아인슈타인의 십자성이라 부른다. 중력렌즈 현상을 거꾸로 뒤집어 생각하면 빛을 휘게 만든
숨어있는 물질의 질량과 위치를 알아낼 수 있는 것이다.
지구에서 100억 광년 이상 떨어진 먼 곳에 있는 퀘이사가 항성과 비슷한 정도로 관찰될 수 있는
것은 엄청난 에너지 덕분이다. 현재 관측기는 퀘이사의 밝기와 크기를 통해 계산해 보면 퀘이사 하나가 우리 은하계만한 은하
100 개 내기
1000개의 밝기를 가지고 잇다는 결론이 나온다.
퀘이사의 수수께끼 중 하나가 그것이다. 수백,
수천 개의 은하를 합친 밝기를 가진 퀘이사의
에너지는 과학자들은 여러 가지 이야기를 하고 있는데 그중의 한가지는 퀘이사의 중심에 블랙홀이 있다는 것이고 다른 한가지는 두 개의 은하가 충돌해
퀘이사가 만들어 졌고, 그렇게 충돌하는 과정에서 블랙홀이 만들어 졌다는 이야기도 있다 보통의 별은 핵융합 반응으로 에너지를 만드는데 퀘이사는
한가운데 1광년 정도의 좁은 중심에서 에너지를 집중적으로 내보내고 있으므로 핵융합반응은 아니라는 증거다.
* 그리고 퀘이사에는 폭발이 있다. 이것은 3C273의 경우는 이것이 1년 정도 나 타났다가
사라졌다. 주기적인 변광과 다른점은 단파장대에서 먼저 나타나고 나중에 장파장쪽에서 나타난다는 점이다. 그냥 변광의 경우는 우리에게 가까운 데서
일어나는 장파장이 먼저 도달하고 나중에 중심의 단파장이 와야 하는데 이것은 급격하게 폭발을 했음을 보여준다.
2.웜홀:블랙홀은 입구가 되고 화이트홀은 출구가 된다. 블랙홀은 빨리 회전하면 회전할수록 웜홀을 만들기 쉽고 전혀 회전하지 않는 블랙홀은 웜홀을 만들 수 없다.
하지만 화이트홀의 존재가 증명된 바 없고, 블랙홀의 기조력 때문에 진입하는 모든 물체가 파괴되어서 웜홀을 통한 여행은 수학적으로만 가능할 뿐이다. 웜홀(벌레구멍)은 벌레가 사과 표면의 한 쪽에서 다른 쪽으로 이동할 때 이미 파먹은 구멍을 뚫고 가면 표면에서 기어가는 것보다 더 빨리 간다는 점에 착안하여 이름지어진 것이다.
3.쿼크:현재 6종(種) 3류(類)가 있다고 가정되어 있다. 6종의 쿼크는 업 ·다운 ·스트레인지 ·참 ·보텀 ·톱으로, 쿼크의 종은 향(香:flavor)으로, 유는 색(色:color)으로 각각 부르고 있다. 즉, 한 향은 3색을 가지고 있다. 물질을 구성하는 최소단위의 구성자를 소립자라고 하는데, 이것은 자연관의 단위이기도 하다. 물질구조에 관한 연구는 긴 역사를 가지고 있다. 물질은 분자의 집합체이며, 분자는 원자의 복합입자(複合粒子)이고, 원자는 원자핵과 핵외전자(核外電子)의 복합입자이고, 원자핵은 중성자와 양성자의 복합입자이다.