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1. 공간에너지(Vacuum Energy)

으로 보이는 것과 달리 퀀텀물리학에서는 텅빈 우주 공간에는 끊임없이 생성되고 소멸하는 작은 원자 입자들이 존재한다. 상대성 이론에 따르면 이 입자들은 공간이 서로 떨어지게 하는 반 중력의 에너지를 우주 공간에 부여한다. 이 힘이 바로 우주가 계속 팽창하게 하는 힘의 원천이라는 이야기 인데, 사실 팽창의 진짜 원인이 무엇인지는 아직 아무도 알지 못한다.

2. 퀘이사(Quasar)

이사는 매우 밝게 빛나는 물질로 '준성(準星)'이라고도 한다. 밝게 빛나는 것은 블랙홀이 주변 물질을 집어 삼키면서 나오는 에너지 때문이며, 지구에서 관측할 수 있는 가장 먼 거리의 천체이다. 퀘이사는 초기 우주가 매우 혼돈스러웠음을 보여주는 증거이며 수백 개 은하들이 모인 것보다 더 많은 에너지를 방출한다. 중심에는 엄청난 규모의 블랙홀이 있는 것으로 추정된다.

3. 중성미자

중성미자는 전기적으로 중성이다. 사실상 질량이 없는 기본 입자이다. 이 입자는 수 마일에 이르는 납덩어리를 아무런 방해도 받지 않고 통과할 수 있으며, 바로 이 순간에도 우리의 몸을 통과하고 있다. 이 유령같은 입자는 별의 생명이 끝나는 초신성이 폭발이나 건강한 별의 내부 연소 때 생겨난다. 중성미자의 존재를 확인하려면 땅속이나 바다 밑 또는 빙하 속에 검출기를 삼입해야 한다.

4. 은하의 동종포식(Galactic Cannibalism)

마치 지구의 생명체처럼 우주의 은하는 서로 먹고 먹히면서 끊임없이 진화한다. 우리 은하에 이웃한 안드로메다 성운은 지금더 위성 가운데 하나를 삼키고 있는 중이다. 안드로메다 주변에는 10개 이상의 성운이 흩어져 있고 차례로 안드로메다의 먹이가 될 것이다. 사진은 은하의 충돌을 시뮬레이션한 것.

5. 중력파

중력파는 우주시간의 왜곡을 가져오는 것으로 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 예언됐다. 중력파는 빛의 속도로 움직이지만 매우 미세해서 과학자들은 거대한 우주의 사건들을 통해 그 존재를 간접적으로 확인할 뿐이다. 

예를들면 쌍성펄서의 공전주기는 매년 100만 분의 75초 정도 짧아지고 있는데 상대성이론은 이를 중력파에 의해 에너지가 방출되기 때문으로 간주한다. 아래 사진은 궤도를 도는 두개의 불랙홀에서 나오는 중력파를 3D로 형상화한 것이다.

6. 태양계 밖의 혹성(Exoplanets)

1990년대 초반까지만 해도 우주에서 발견된 행성은 태양계 행성 뿐이었지만 천문과학자들의 노력으로 2010년까지 500여개의 태양 밖 행성들을 발견했다. 부족한 질량으로 별이되지 못한 거대한 가스에서부터 적색왜성의 주변을 도는, 작은 돌로된 행성에 이르기까지 그 종류는 다양하다. 천문학자들은 과학기술이 발전하게 되면 언젠가 지구와 비슷한 별을 발견할 수 있을 것이라는 데 대체로 동의한다. 

7. 암흑물질 (Dark Matter)

과학자들은 암흑물질이 우주 질량의 90% 이상을 차지하고 있는 것으로 추정하지만 현재의 기술로는 그 존재를 볼 수도 없고 찾을 수도 없다. 중성미자나 눈에 보이지 않는 작은 블랙홀로 존재할 가능성 있다. 암흑물질의 존재 가능성 자체를 아예 부인하는 학자들도 있다. 이들은 중력의 특징을 아직 모두 밝혀내지 못해 암흑물질이란 개념을 도입했을 뿐이며, 따라서 중력의 특징을 모두 밝혀내게 되면 암흑물질 없이도 우주를 설명할 수 있게 될 것으로 믿고 있다. 

8. 우주배경복사(Cosmic Microwave Background)

줄여서 CMB라고도 하며 빅뱅 초기의 흔적으로, 우주가 빅뱅으로 부터 시작되었음을 뒷받침하는 유력한 증거가 되고 있다. 1960년대에 처음 관측됐으며 우주의 모든 곳에서 존재를 확인할 수 있다. 최근의 정교한 측정 장치들에 의해 CMB의 온도가 절대 온도 -273.15도에 가까운 -270도인 사실이 밝혀졌다. 

9. 미니 블랙홀(Mini-Black HolesI)

'브레인 세계(braneworld)이론'이라는 것이 있다. 상대성 이론은 우주가 3차원 공간과 시간으로 이루어졌다는 것을 전제로 하지만 브레인 이론은 여기서 더 나아가 막(brane)이라는 제4의 공간을 전제로한 5차원적 이론이다. 만약 이 이론이 사실이라면 태양계에는 미니블랙홀이 수천개 이상 존재하게 된다. 크기는 원자를 구성하는 핵 정도로 매우 미세하다. 빅뱅 초기에 생성된 미니블핵홀은 오차원적으로 존재하기 때문에 시공간에 미치는 영향에 있어 일반 블랙홀과는 차이가 있다.

10. 반물질(Antimatter)

수퍼맨의 분신인 비자로처럼 물질을 구성하는 입자들은 반대의 물질이 있다. 원자의 핵을 도는 전자는 음전기의 성격을 갖고 있지만 전자의 반물질인 양전자는 양전기의 성격을 갖는다. 물질과 반물질이 서로 만나면 상호작용에 의하여 순식간에 감마선이나 중성미자로 변해버리고, 그들의 질량은 아인슈타인의 방정식 E=mc2에 의해 에너지로 전환된다. 이론적으로는 이 반입자를 미래 우주선의 연료로 사용할 수도 있다.

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