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스웨덴 왕립과학원이 올해 노벨 물리학상 수상자로 양자컴퓨터 등 현존하는 양자기술의 근본 원리를 규명한 과학자 3명을 선정했다.

과학원 노벨위원회는 존 클라크(83) 미국 버클리캘리포니아대(UC버클리) 교수와 미셸 드브로예(71) 미국 예일대 명예교수, 존 마르티니스(67) 미국 산타바바라캘리포니아대 명예교수를 선정했다고 7일 발표했다. 과학원은 이들의 수상 이유로 “초전도 회로를 이용한 거시적 양자 터널링과 에너지 양자화 현상의 발견”을 주요 공로로 꼽았다. 이는 전기회로 실험을 통해 양자역학 현상 중 하나인 ‘터널링’을 파악한 것으로, 양자 컴퓨터 개발의 핵심적 토대를 마련한 주요 업적으로 꼽힌다. 진공관이 트랜지스터로 바뀌면서 현재의 컴퓨터가 시작됐듯, 양자 컴퓨터가 가능하게 한 기초를 닦은 것이다.

원래 중첩과 얽힘, 터널링 같은 양자 현상은 눈에 보이지 않는 아주 작은 원자나 전자의 세계에서만 일어난다고 인식돼 있다. 한데 이들 세 과학자는 ‘조셉슨 접합’(Josephson junction)이란 특별한 초전도 소자를 이용해 손으로 만질 수 있는 크기의 전기 회로에서 양자 현상이 일어나는 것을 확인했다. 이 과정에서 에너지 장벽을 뚫고 지나가는 입자를 확인했는데, 이 인공원자가 바로 오늘날 양자컴퓨터의 기본 단위인 ‘초전도 큐비트’(superconducting qubit)의 시초다.

드보르예 교수와 마르티니스 교수는 클라크 교수의 지도를 받아 1980년대에 이 획기적 실험을 성공시켰고, 이후 각자의 연구실에서 큐비트의 성능을 비약적으로 발전시켜왔다. 노벨위원회는 “100년 된 양자역학이 끊임없이 새로운 놀라움을 선사한다”며 “양자역학은 모든 디지털 기술의 기초이므로 매우 유용하다”고 설명했다.

노벨 물리학상은 스웨덴 왕립과학원이 매년 물리학 분야에서 인류 발전에 기여한 과학자에게 수여하는 상으로, 과학계 최고 권위의 영예로 꼽힌다. 1901년 ‘X선’을 발견한 뢴트겐이 첫 수상자로, 6차례(1916·1931·1934·1940~42년) 수상자를 내지 못한 것을 제외하면 매년 수상자를 배출해왔다. 아인슈타인은 1921년 광전효과로 수상했다. 올해 노벨 물리학상 수상자들은 메달과 증서, 상금 1100만 스웨덴크로나(약 16억5500만원)를 나눠 갖는다. 시상식은 오는 12월 스웨덴 스톡홀름에서 열린다.                   < 박기용 기자  >

자가면역질환 치료에 이정표…‘조절T세포’ 발견으로 노벨생리의학상

‘말초 면역 관용’ 원리 규명…임상시험단계 치료법도 여럿

 

6일 스웨덴 스톡홀름에서 발표된 노벨생리의학상 수상자. AP 연합

 

올해 노벨 생리의학상은 ‘조절T세포’(Regulatory T cell, Treg)를 발견해 면역체계가 자기 몸을 공격하지 않도록 하는 ‘말초 면역 관용’(peripheral immune tolerance) 원리를 규명한 공로로 매리 브런코, 프레드 램스델(이상 미국), 사카구치 시몬(일본) 등 3명의 과학자에게 돌아갔다.

 

6일(현지시각) 스웨덴 카롤린스카 연구소 노벨상 선정 위원회는 스웨덴 스톡홀름에서 “면역체계가 우리 몸을 공격하지 않도록 막는 ‘말초 면역 관용’을 획기적으로 발견했다”라며 세 과학자를 노벨생리의학상 공동 수상자로 선정했다고 발표했다. 매리 브런코는 미국 시애틀 시스템생물학연구소의 선임 프로그램 매니저이고, 프레드 램스델은 샌프란시스코의 소노마 바이오테라퓨틱스 과학 고문으로 재직 중이다. 시몬 사카구치는 일본 오사카대학교 석좌교수다.

 

이들은 ‘면역 시스템의 경비원’이라고도 불리는 ‘조절 T세포’를 발견하고 그 작용 원리를 밝혀 자가면역질환의 이해와 치료에 중요한 전환점을 마련했다. ‘조절 T세포’는 다른 면역세포를 감시하고, 몸의 면역체계가 자신의 조직을 스스로 공격하지 않도록 감시하는 역할을 한다. 올레 캄페(Olle Kämpe) 노벨위원회 의장은 “이들의 발견은 면역체계가 어떻게 작동하는지, 또 왜 우리가 모두 심각한 자가면역질환을 겪지 않는지 이해하는 데 결정적인 역할을 했다”고 평가했다.

 

시몬 사카구치는 1995년 당시 많은 연구자들이 ‘중심 면역 관용’(central tolerance) 과정을 통해서만 유해한 면역세포가 제거된다고 믿을 때, 면역체계가 이보다 훨씬 복잡하며 자가면역질환으로부터 신체를 보호하는 새로운 유형의 면역세포가 존재한다는 걸 발견했다.

 

매리 브런코와 프레드 램스델은 이어 2001년 쥐의 특정 종이 자가면역질환에 특히 취약한 이유를 밝혀냈다. 이는 ‘Foxp3’라는 유전자에 돌연변이가 있기 때문으로, 만약 사람에게서도 같은 유전자 변이가 생기면 ‘IPEX(면역조절이상·다발성 내분비병증·장염·X염색체 연관)증후군’이라는 심각한 자가면역질환이 발생한다는 사실을 증명했다.

 

이로부터 2년 뒤, 사카구치는 2003년 앞선 두 발견의 연결고리를 찾아냈다. 그는 ‘Foxp3’ 유전자가 자신이 앞서 1995년에 발견한 ‘조절T세포’의 발달과 기능을 조절하는 핵심 유전자임을 밝혀냈다.

 

2025년 노벨 생리의학상 수상자. (왼쪽부터) 매리 브런코, 프레드 램스델, 시몬 사카구치. 노벨위원회 (© The Nobel Committee for Physiology or Medicine.)

 

세 과학자의 발견은 ‘말초 면역 관용’ 연구 분야의 문을 열었고, 이후 암과 자가면역질환 치료제 개발의 기반이 됐다. 또 장기이식의 성공률을 높이는 데도 기여할 것으로 본다. 현재 이들의 연구를 바탕으로 한 여러 치료법이 임상시험단계에 있다.

 

노벨생리의학상 상금 1100만 스웨덴 크로나(약 16억 5000만원)는 수상자 세 명에게 똑같이 나눠 지급될 예정이다. 노벨위원회는 이날 생리의학상을 시작으로 7일 물리학상, 8일 화학상, 9일 문학상, 10일 평화상, 13일 경제학상 등 수상자를 차례로 발표한다. < 박다해 기자 > 

"스스로 판단 작업 수행하는 '에이전틱 AI', 생존하려 할 것

AI가 사람을 향한 연민을 가지도록 만드는 것이 중요"

베라루빈천문대가 7시간 남짓한 관측 시간 동안 촬영한 678장의 개별 사진을 합성해 완성한 사진의 일부. 지구에서 수천광년 떨어진 거리의 분홍빛 삼엽성운(오른쪽 위)과 석호성운이 선명하게 드러나 있다. 베라루빈천문대 제공

“사진을 확대해서 볼 때마다 새롭고 흥미로운 것들을 발견하게 된다.” (베라루빈천문대의 아웃리치 담당 클레어 힉스)

32억화소의 지상 최대 카메라를 갖춘 남미 안데스 산맥 기슭의 천체망원경 베라루빈천문대가 관측 사진을 처음으로 공개했다.

미국 국립과학재단(NSF) 광적외선천문학연구소(NOIRLab)는 23일 오전 11시(한국시각 24일 0시) 유튜브 생중계를 통해 역사적인 관측사진을 공개하는 행사를 열었다.

이날 공개한 사진엔 궁수자리에 있는 수천광년 거리의 성운 2개가 선명하게 드러나 있다. 삼엽성운과 석호성운이라는 이 두 성운은 별을 만들어내는 가스와 먼지 구름 덩어리다. 네가지 컬러 필터를 통해 7시간 동안 촬영한 678장의 사진을 합성한 것으로, 보름달 약 60개 크기에 해당하는 영역을 담고 있다. 푸른색 영역은 젊고 뜨거운 별에서 나오는 빛이고 분홍색 영역은 들뜬 수소 원자, 그 주변을 감싸고 있는 검은색 덩굴은 먼지 띠다. 루빈천문대 카메라에는 근자외선에서부터 근적외선에 이르는 빛(320~1050nm)을 포착하는 6개의 필터가 있다.

베라루빈천문대가 찍은 약 5500만광년 거리의 처녀자리은하단 일부. 베라루빈천문대 제공

또 다른 사진은 5500만광년 거리에 있는 처녀자리 은하단 일부다. 5월 초 나흘 밤 동안 촬영한 사진에서 발췌한 것이다. 앞쪽엔 우리 은하의 별들이 밝게 빛나고 있고, 뒤쪽엔 우주 팽창과 함께 빠른 속도로 멀어져 가는 은하들이 있다. 푸른색 영역은 어린 별들이 있는 별 탄생 구역이다.

이날 공개된 각각의 사진은 망원경이 촬영한 전체 사진의 아주 작은 부분에 불과하다. 해발 2647m의 칠레 세로파촌산 정상에 자리한 베라루빈천문대는 역대 망원경 중 가장 큰 시야(3.5도)로 3일 밤마다 남반구에서 보이는 하늘 전체를 관측할 수 있다. 한 번에 관측하는 영역이 보름달 크기의 45배다. 허블우주망원경이 보름달 크기의 1%, 제임스웹우주망원경이 보름달 크기의 75%인 것과 비교하면 얼마나 큰 눈을 가졌는지 짐작이 간다.

천문대 건설 책임자인 젤코 이베지치 워싱턴대 교수(천문학)는 공개 행사에서 “루빈 천문대는 역사상 가장 위대한 천체 발견 기계”라며 “관측된 천체 수가 지구 인구 수를 처음으로 넘어설 것”이라고 말했다.

베라루빈천문대가 찍은 사진의 은하 앞쪽에 수많은 소행성들이 나타났다. 단 7일간의 관측으로 2104개의 새로운 소행성을 발견했다. 동영상 갈무리

천문대는 망원경의 이런 능력을 뒷받침해주는 소행성 발견 동영상도 함께 공개했다. 이베지치 박사는 “루빈이 단 7일간의 관측으로 2104개의 새로운 소행성을 발견했다”며 “이 가운데 7개는 지구 근접 소행성이고 나머지는 화성과 목성 사이의 주요 소행성대에 있다”고 설명했다. 루빈천문대만으로 2년 안에 수백만개의 새로운 소행성을 발견할 것으로 예상한다.

루빈천문대는 10시간 남짓한 시험 관측만으로 이미 수백만개의 은하와 우리 은하의 별을 포착했다고 밝혔다. 천문대는 “이전보다 훨씬 더 많은 소행성 발견을 통해 지구나 달에 충돌할 가능성이 있는 소행성을 식별함으로써 행성 방어에 획기적인 변화를 가져올 것”으로 기대했다.

루빈천문대가 사진 하나를 찍고 다른 영역으로 넘어가기까지 걸리는 시간은 40초다. 이미지 데이터가 컴퓨터 서버로 전송되는 동안 350톤 무게의 망원경은 카메라의 시야를 다음 촬영 영역으로 돌린다. 이런 식으로 하룻밤에 20테라바이트(1테라=1조) 용량의 사진 약 1000장을 찍는다. 10년 동안 이런 일을 거의 매일 반복하고 나면 200만장 이상으로 이뤄진 ‘우주 10년 타임랩스’ 영상이 완성된다.

천문대는 “데이터 처리 과정에서 추가되는 것까지 합치면 관측이 끝날 무렵 루빈천문대는 약 500페타바이트(1페타=1000조)의 데이터를 생성할 것”이라며 “이는 인류 역사를 통틀어 모든 언어로 기록된 콘텐츠의 총량과 맞먹는 양”이라고 밝혔다.

타임랩스 영상엔 소행성에서부터 거대한 별과 은하에 이르기까지 가시광선으로 수집할 수 있는 모든 것이 담긴다. 특히 밤하늘을 빠르고 넓게 살펴보기 때문에 지금까지 놓치거나 관측하기 어려웠던 일시적인 천체 현상도 실시간에 가깝게 포착할 수 있다. 초신성 폭발, 감마선 폭발, 태양계 소행성들의 움직임 등 다양한 우주 현상을 고스란히 담아 알려준다.

산타크루즈 캘리포니아대 스티븐 리츠 박사(물리학)는 “이렇게 많은 물체들이 이렇게 깊이 있게, 한꺼번에 포착된 적은 없을 것”이라고 말했다.

32억화소의 사진에 담긴 세부 사항은 컴퓨터 화면이나 신문 지면으로는 표현할 수 없다. 이에 따라 천문대는 사람들이 직접 이미지를 확대하고 축소해서 볼 수 있는 앱 ‘스카이뷰어’를 개발했다.

해발 2647m 칠레 세로파촌산 정상에 자리한 베라루빈천문대 전경. 베라루빈천문대 제공

천문학자들은 루빈천문대가 생산하는 엄청난 관측 데이터가 우주를 팽창시키는 암흑 에너지와 은하를 흩어지지 않게 묶어주는 암흑 물질을 밝히는 데 중요한 자료가 될 수 있을 것으로 기대한다. 천문대 명칭에 쓰인 ‘베라 루빈’은 1970년대에 암흑물질 단서를 포착한 여성 천문학자의 이름이다.

브라이언 스톤 국립과학재단 소장은 “루빈천문대는 역사상 모든 광학 망원경이 수집한 것보다 더 많은 우주 정보를 포착할 것”이라며 “이 놀라운 과학 시설을 통해 우리는 우주에 스며든 암흑 물질과 암흑 에너지를 포함한 수많은 우주의 미스터리를 탐구할 것”이라고 말했다.

베라루빈천문대는 망원경에 대한 마지막 미세 조정 작업을 마친 뒤 오는 10월부터 본격적인 관측 활동을 시작한다.

아이디어가 나온 지 30년, 건설이 시작된 지 10여년만에 완성된 베라루빈천문대는 미국 국립과학재단(NSF)과 미국 에너지부(DOE)가 공동으로 8억달러의 자금을 지원했다. 과학재단의 광적외선천문학연구소(NOIRLab)와 스탠퍼드대의 국립가속기연구소가 공동으로 운영한다.             < 곽노필 기자 > 

유럽우주국 프로바 3호 위성이 지구에서 6만km 떨어진 우주 공간에서 인공일식을 일으켜 촬영한 태양 코로나. 유럽우주국 제공

세계 처음으로 우주에서 일으킨 ‘인공 일식’을 통해 촬영한 태양 코로나 사진이 공개됐다.

유럽우주국(ESA)은 최근 인공위성 ‘프로바 3호’(Proba-3)가 지구에서 6만km 떨어진 우주에서 인공일식을 통해 태양 대기층 최상층부인 코로나를 촬영하는 데 성공했다고 밝혔다. 이번 관측은 3월23일 이뤄졌다.

프로바 3호는 ‘오컬터’와 ‘코로나그래프'라는 이름의 두 위성으로 이뤄져 있다. 두 위성은 일정한 간격을 두고 비행하다가 원반형의 오컬터가 태양을 가려주면 코로나그래프가 아스픽스(ASPIICS)란 광학 장비로 태양을 관측하고 촬영한다. 프로바 3호는 근지점 600km, 원지점 6만km의 고타원 궤도를 돌다가 원지점에 도달했을 때 정밀 편대 비행을 하며 ‘인공 일식’을 만든다.

이번 관측 때엔 원지점에서 두 위성이 150m 간격을 두고 비행하고 있었다. 두 위성은 몇시간 동안 이 간격을 유지하면서 태양과 일직선을 이룬 뒤 오컬터의 1.4m 크기 원반이 태양을 가리자 코로나그래프 위성의 광학장비가 코로나를 촬영했다. 유럽우주국은 “두 위성은 상대적 위치의 오차를 1mm 이하로 유지할 수 있다”고 밝혔다.

일정한 간격을 두고 편대 비행을 하는 프로바 3호 위성을 묘사한 그림. 유럽우주국 제공

우주에서 촬영한 인공 일식 사진이 지상에서 자연적으로 일어나는 일식을 촬영한 사진과 크게 다를 건 없다. 하지만 굳이 우주에 위성을 보내서 인공 일식을 만드는 이유는 크게 두 가지다.

첫째는 코로나를 자주 관측할 수 있다는 점이다. 지상에서 코로나를 관측할 수 있는 유일한 기회는 개기일식 때다. 그러나 개기일식은 일반적으로 약 18개월에 한 번씩 일어난다. 그것도 그때마다 관측할 수 있는 장소가 달라진다. 반면 프로바 궤도 주기가 19.6시간인 3호 위성은 궤도를 한 바퀴 돌 때마다 일식을 만들어낼 수 있다.

둘째는 오랜 시간 관측할 수 있다는 점이다. 자연적으로 일어나는 개기일식은 지속 시간이 몇분에 불과하다. 반면 프로바 3호 위성은 최대 6시간 동안 인공 일식을 유지할 수 있다. 벨기에 왕립천문대 수석연구원 안드레이 주코프는 “첫 시도에서 좋은 결과를 얻어 기쁘다”며 “이제 한 번에 관측할 수 있는 시간을 6시간으로 늘리기 위해 노력하고 있다”고 말했다.

유럽우주국의 3개 위성이 촬영한 태양을 조합한 사진. 맨 안쪽은 프로바 2호 위성이 찍은 태양, 가운데는 이번에 프로바 3오 위성이 찍은 태양 코로나, 맨 바깥쪽은 소호 위성이 찍은 태양 코로나다. 유럽우주국 제공

코로나 관측은 태양풍, 즉 태양에서 우주 공간으로 끊임없이 흐르는 물질의 흐름을 밝히는 데 필수적이다. 특히 태양 활동이 활발한 시기에 고에너지를 입자를 폭발적으로 방출해 지구 자기장을 교란시키는 코로나 질량 방출(CME)의 작동 원리를 이해하는 데 필요하다. 이런 현상은 일반인에겐 오로라 황홀경을 구경할 수 있는 기회이지만 통신이나 전력 전송, 항법 시스템 등에 심각한 피해를 입힐 수 있다.

이번 인공일식을 위한 편대 비행은 지상 관제팀의 감독 아래 자율적으로 이뤄졌다. 유럽우주국은 “앞으로는 감독 없이 위성이 완전히 자율적으로 편대비행을 할 수 있도록 할 계획”이라고 밝혔다.

프로바 3호는 유럽우주국 주도 아래 유럽 14개국 29개 이상의 기업이 참여해 제작했으며 2024년 12월 인도 스리하리코타섬 사티시다완우주센터에서 발사됐다.  < 곽노필 기자 >