2021년 한 해 동안 과학자들은 그동안 몰랐던 새로운 사실들을 다수 밝혀냈다.

22일 ‘사이언스 뉴스’는 그중에서도 가장 오래된 블랙홀을 발견한 것은 우주탄생의 역사를 새로운 관점에서 봐야 하는 큰 사건이었다.

이외에 블랙홀과 중성자별 합병을 목격한 일, 가장 작은 물체의 중력 측정에 성공한 일, 익룡의 모습과 매머드의 DNA를 발견한 일, 데니소바인의 DNA를 찾아낸 일 등은 2021년 과학이 이루어낸 중요한 업적으로 평가받고 있다.

지금까지 발견된 가장 오래된 블랙홀 ‘J0313-1806’. 우리은하보다 1,000배 더 밝으며, 태양 질량의 16억 배 이상인 초거대질량 블랙홀이다. ⓒNOIRLAB/NSF AND AURA, J. DA SILVA

가장 오래된 거대 블랙홀 ‘J0313-1806’

우주의 나이는 빅뱅이 일어난 때부터 우주가 팽창하는 과정을 거쳐 지금에 이르는 시간을 의미한다. 138억 년이라고 하지만 137억 년이라고 주장하는 과학자들도 있는데 우주가 탄생한 후 6억 7천만 년이 지난 초기 우주에서 거대 블랙홀을 품은 퀘이사가 관측됐다는 연구 결과가 올해 초 발표됐다.

‘J0313-1806’이라고 명명된 퀘이사는 약 130억 3000만 년 전의 것으로 지금까지 보고된 퀘이사 중 가장 오래된 것이다. 이전에 가장 오래된 퀘이사는 2017년에 발견한 ‘J1342 + 0928’로 129억 광년이었다.

‘J0313-1806’은 크기에 있어서도 이전까지 가장 무거웠던 블랙홀에 약 2배에 달했다. 미 아리조나 대학 등이 참여한 연구팀은 ‘J0313-1806’이 너무 커서 우주 초기에 어떻게 형성됐는지 설명하기 위해 새로운 개념이 요구되고 있다고 말했다.

가장 작은 금구슬 ‘중력’ 측정에 성공

아이작 뉴턴, 알버트 아인슈타인에 따르면 질량이 있는 모든 물체에는 중력이 있지만 거의 눈에 띄지 않는다.

그러나, 과학자들이 너비가 2mm이고 무게가 약 90밀리그램인 금구슬(gold ball)의 중력을 측정하는 데 성공했다. 이는 지금까지 측정한 가장 작은 물체다. 연구를 수행한 오스트리아 비엔나 대학 연구진은 이 작은 금구슬의 중력장을 측정하기 위해 특수 수평진자를 사용했다.

연구진은 물리학 규칙이 적용될 수 있는 훨씬 더 작은 양자 규모에서 중력이 어떻게 작용하는지 테스트를 진행 중이다. 가장 작은 중력 상태에서 양자 역학과 어떻게 조화를 이루는지 이해하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 보고 있다.

3D 영상으로 최초 구현된 1억 6000만 년 전 익룡 ‘몽키닥틸’. 어떤 각도에서든 화석을 볼 수 있으며, 뼈가 제 위치에 있는지 확인할 수 있다. ⓒCHUANG ZHAO

익룡의 모습 3D 영상으로 처음 확인

1억 6000만 년 전에 살았던 익룡 ‘몽키닥틸(Monkeydactyl)’은 엄지손가락을 마주칠 수 있는 최초의 동물로 알려져 있다.

과학자들은 최근 연구를 통해 이 날아다니는 공룡이 중국 북동부 지역에서 엄지손가락과 유연한 관절을 사용해 나무를 기어 올라갔을 수 있다고 설명하고 있다. 곤충과 같은 먹이를 잡는 데 도움이 되었을 수 있다는 것.

중국, 브라질 등이 참여한 국제 공동연구팀은 또 2019년 중국 북동부에서 발굴된 화석을 마이크로 CT로 스캐닝해 3D영상을 만들어 지난 4월 발표했다. 브라질 연방 ABC대학의 로드리고 페가스(Rodrigo Pegas) 교수는 “우리는 어떤 각도에서든 화석을 볼 수 있으며, 뼈가 제 위치에 있는지 확인할 수 있다.”고 말했다.

최초로 발견된 블랙홀？중성자별 합병

블랙홀이 중성자별을 집어삼키는 모습이 처음으로 목격됐다. 천문학자들은 충돌로 인해 발생한 후 지구에 도달한 중력파를 측정해 이런 사건이 있었음을 감지할 수 있었다.

이전에 우주관측을 통해 확인된 충돌은 두 개의 중성자별, 혹은 두 개의 블랙홀이 충돌하는 모습이었다. 연구를 수행한 국제공동연구팀은 지구로부터 10억 광년 이내에서 이 같은 병합이 대략 한 달에 한 번꼴로 일어난다고 추정하고 있다.

100만 년 전 매머드 DNA 발견

100만여 년 전에 시베리아 매머드의 이빨이 동물에게서 발견된 가장 오래된 DNA를 제공했다. 이전의 기록은 약 70만 년이 지난 말 화석의 DNA였다. 연구를 수행한 캐나다 과학자들은 이 발견이 DNA가 얼마나 오래 지속될 수 있는지 한계를 말해주고 있다고 설명했다.

연구팀은 동물 종의 미세한 게놈 배열을 통해 매머드를 비롯한 고대 생태계를 재구성할 수 있었다. 분석 결과는 예상치 못한 사실들을 말해주고 있었는데 화석을 연구하는 데 있어 DNA의 중요성을 말해주고 있다.

고대 인류 데니소바인 DNA 추적 중

데니소바인(Denisovan)은 시베리아의 알타이 산맥에 있는 데니소바 동굴에서 처음 발견된 고대 인류다.

데니소바인으로 알려진 신비한 호미니드 그룹은 오래 전에 사라졌지만 흔적을 남기지 않은 것은 아니다. 필리핀의 원주민 아이타 막부콘 사람들의 DNA 중 약 5%가 데니소바인에게서 얻은 것이라는 사실이 밝혀졌다.

이는 지금까지 발견된 가장 높은 수치다. 과학자들은 다른 인종 그룹을 대상으로 데니소바인 DNA를 가졌는지 추적 중인데 이를 통해 데니소바인이 동남아시아, 파푸아뉴기니 및 호주를 통해 이동했다는 사실을 증명하려 하고 있다.