천체물리학

천체물리학이라는 학문은 우주라는 공간과 시간 속에서 일어나는 모든 현상들을 연구하는 학문입니다. 우주의 탄생에서부터 현재까지의 역사를 다루는 고전역학과 현대 물리학인 양자역학 그리고 최근 각광받고 있는 끈이론 등 다양한 분야들이 존재하며 이 중에서도 특히 우리 인간에게 직접적으로 영향을 주는 중력파나 블랙홀 같은 주제 또한 다루고 있습니다.

 

중력파란 무엇인가요? 중력파는 아인슈타인이 1916년 발표한 일반상대성이론에서 예측되었던 개념이며, 질량을 가진 물체가 가속운동을 하면 시공간(시공간)이 휘어지고 빛 역시 휘어지게 됩니다. 이때 발생하는 파동을 중력파라 합니다. 즉, 중력파는 별의 폭발이나 초신성 관측 시 나타나는 잔물결처럼 퍼져나가는 파장 형태의 에너지라고 이해하면 쉽습니다.

 

블랙홀은 어떻게 발견되었나요? 일반상대성이론에 따르면 태양질량의 5배 이상되는 무거운 별에서는 중심부의 밀도가 매우 높아져서 결국 핵융합 반응이 멈추게 되고 수축하게 되는데, 이러한 과정에서 엄청난 중력에너지가 방출됩니다. 이렇게 만들어진 거대한 항성이 마지막 단계에서 붕괴되어 생기는 게 바로 블랙홀이며, 처음 생성될 때 가지고 있던 막대한 양의 물질조차 모두 흡수하기 때문에 검게 보인다고 해서 붙여진 이름입니다.

 

우주배경복사는 무엇인가요? 1929년 미국의 천문학자 에드윈 허블이 외부은하로부터 오는 전파원으로부터 나온 스펙트럼선의 적색이동을 분석해서 은하계 밖의 다른 은하나 행성으로부터의 신호임을 밝혀냈습니다. 이것이 바로 우주배경복사로서 빅뱅 이후 38만 년 후 원자핵 합성이 끝나면서 형성된 복사열입니다. 우주의 탄생과 진화, 그리고 미래까지도 예측할 수 있다고 하니 알면 알수록 신기한 분야인 것 같아요.

 

이번엔 천문학자들이 발견한 놀라운 현상들을 소개해드릴게요. 우주는 어떻게 생겨났나요? 우주라는 개념은 17세기 뉴턴이라는 과학자가 처음 정의했다고 해요. 당시 사람들은 지구 밖 세상은 존재하지 않는다고 생각했지만 뉴턴은 태양계 너머 다른 별들이 존재한다고 주장했어요. 이후 아인슈타인 등 여러 과학자들이 이 이론을 증명하기 위해 노력했고 결국 우리 은하 밖에 수많은 은하가 존재한다는 사실을 밝혀냈어요.

 

또한 빅뱅이론(빅뱅 이전에는 아무것도 없었다는 이론)을 통해서 지금으로부터 138억 년 전 거대한 폭발이 일어나면서 우주가 만들어졌다는 사실을 알아냈습니다. 블랙홀은 어떤 원리로 만들어지는 건가요? 우리가 사는 공간은 모두 빛이 반사되어 보이는 곳이에요. 하지만 블랙홀은 특이하게도 빛조차 빠져나올 수 없는 강한 중력장을 가지고 있어서 주변에서는 검게 보인다고 해서 블랙홀이라고 부른답니다.

 

이러한 블랙홀은 질량이 매우 큰 별이 초신성 폭발을 하면서 만들어진다고 해요. 이렇게 만들어진 블랙홀은 시간이 지나면서 점점 크기가 커지는데, 이때 중심부의 밀도가 너무 높아서 작은 입자라도 들어가면 다시 나올 수 없다고 합니다. 별똥별은 왜 떨어지는 건가요? 지구 대기권 상층부 공기 분자와의 마찰로 인해 타들어가는 유성우는 밤하늘을 아름답게 수놓는 장관 중 하나죠. 그러나 대부분의 유성우는 비처럼 쏟아지는 모습보다는 긴 꼬리를 남기며 천천히 떨어지는 모습을 보여줍니다. 이것은 빠른 속도로 떨어지다 보니 지상과의 마찰열로 인해서 타기 때문이죠.

 

그래서 실제로 관측되는 유성우는 1%밖에 되지 않는다고 하네요. 천문학과는 달리 관측보다는 이론 중심인 경우가 많고, 따라서 실험 실습보다는 주로 강의실에서의 수업이 대부분이죠. 하지만 최근에는 천문관측시설들이 많이 발달하면서 실제로 망원경을 이용해서 밤하늘을 관찰하기도 합니다.

 

우리나라에서는 서울대학교 물리천문학부 소속의 우주의 기원 및 진화라는 과목이 대표적이며, 서울대 이외에도 연세대, 경희대, 세종대 등에서도 개설되어 있습니다. 천체물리학과의 전망은 어떤가요? 전망이라.. 솔직히 말해서 취업률로만 따지면 다른 과랑 비교했을 때 그렇게 좋은 편은 아닙니다. 아무래도 학부 과정으로는 전공을 살릴만한 곳이 많지 않기 때문이죠. 다만 대학원 진학 후 박사학위를 취득하면 교수직으로의 진출이 용이하기 때문에 비전공자보단 훨씬 유리한 위치라고 할 수 있습니다.

 

천체물리학과 졸업 후 진로는 어떻게 되나요? 보통 대학교수 혹은 관련 연구소로의 진출이 많습니다. 또한 항공사 쪽으로 진로를 결정하시는 분들도 꽤 있고요. 물론 이 모든 것은 석박사 학위 소지자에게만 해당되는 사항이지만요. 저는 고등학교 때 이과였고, 지구과학 선생님께서 천체물리학이라는 새로운 분야를 알려주셔서 관심을 가지게 되었습니다. 아직까지도 그때 배웠던 내용들을 가끔씩 떠올리곤 하는데요, 여러분들도 기회가 된다면 한 번쯤 배워보시는 걸 추천드립니다.

감사합니다~