과학자들은 남극의 지하에서 "불가능한" 신호를 감지했습니다. 남극 지하에 무엇이 존재하는가?

 

 

 

우주가 내는 거대한 소리에 귀를 귀울이는 것.

 

이는 천문학자들이 오랫동안 우주를 탐사해온 방식입니다.

 

초신성의 마지막 비명, 블랙홀의 강력한 포효와 같은 전파 신호는, 그 에너지의 크기만큼이나 거대한 비밀을 품고 있기 때문이죠.

 

이 법칙에 예외는 없었습니다. 적어도 지금까지는 말입니다.

 

하지만 인류 관측 사상 가장 기묘한 신호가 포착되면서, 이 대전제는 흔들리기 시작했는데요.

 

이 신호가 기묘햤던 이유는 단하나, 그 출처가 밤하늘의 별이 아니었기 때문입니다.

 

과학자들의 모든 장비는 단 한 곳, 바로 인간의 손길이 닿지 않은 남극 대륙의 두꺼운 얼음 아래.

 

지구에서 가장 깊은 곳을 진원지로 지목하고 있었죠.

 

지금껏 알려지지 않은 격렬한 지질 활동일까, 아니면, 과학계가 차마 입에 담지 못하는 또 다른 가능성일까?

 

이것은 과연 지구의 예측 불가능한 변덕일 뿐일까요?

 

혹은 얼음 아래의 심연에, 우리가 상상조차 못했던 '무언가'가 존재한다는 첫 번째 증거일까요?

 

이번 연구는 Physical Review Letters에 게재되었습니다.

 

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.121003

 

 

 

 

 

 

1장 : 남극의 거대한 귀, 아니타

 

 

미스터리의 실마리는 NASA가 남극에서 진행한 특수 프로젝트.

 

'아니타(ANITA, Antarctic Impulsive Transient Antenna)'에서 시작됩니다.

 

이 프로젝트의 본래 임무는 우주 깊은 곳에서 날아오는 중성미자 같은, 고에너지 입자를 추척하는 것이죠.

 

아니타는 '우주 입자가 얼음과 충돌하며 내는 미세한 전파'를 포착하는 원리를 이용합니다.

 

이 원리를 실현하려면, 무엇보다 거대한 '스크린' 역할을 할 장소가 필요한데요.

 

그 최적의 장소가 바로 남극 대륙이었습니다.

 

수천 미터 두께의 순수한 얼음층이 가장 완벽한 '자연 관측 스크린'이 되어주기 때문이었죠.

 

그리고 과학자들은 이 거대한 스크린을 감시하기 위해, 상공 35km지점에 아니타라는 안테나를 띄우게 된 겁니다.

 

즉, 우주에서 온 입자가 얼음을 때리면, 그 신호는 하늘로 솟구쳐 안테나에 잡히게 되는 것.

 

이것이 바로 아니타가 그동안 수없이 확인해 온 '정상 신호'의 법칙이었습니다.

 

모든 것이 예측대로였습니다. 그날이 오기 전까지는 말입니다.

 

 

 

 

 

2장 : 불가능한 신호

 

 

마침내 그 철옹성 같던 법칙이 무너져 내렸습니다.

 

2006년과 2014년, 아니타의 안테나는 모든 물리 법칙을 비웃는 듯한 '유령 신호'를 두 차례 포착했죠.

 

신호의 방향은 기존의 관측과 정반대였습니다.

 

'위에서 아래로가 아닌, 명백히 '아래에서 위로'.

 

즉, 지구의 가장 깊은 심연에서 하늘을 향해 쏘아 올려진 아주 이상한 신호였습니다.

 

그런데 이상한 점은 그뿐만이 아니었습니다.

 

신호의 파형 또한 일반적인 패턴과 거리가  아주 멀어보였는데요.

 

감지된 신호의 형태는, 얼음에 부딪혀 흩어진 희미한 형태가 아니었습니다.

 

마치 총알이 관통하듯, 어떤 방해도 받지 않은 날카롭고 강력한 '직격'의 형태.

 

모든 데이터가 가리키는 결론은 단 하나, 너무나도 비현실적이어서 과학자들을 침묵하게 만든 단 하나의 가능성이었습니다.

 

"이 불가사의한 전파는, 지구 내부에서 직접 발사되었다"

 

 

 

 

 

 

3장 : 깨져버린 물리법칙

 

 

지구 내부에서 발사된 기이한 '유령 신호.'

 

이 미스터리를 풀기 위해, 과학자들은 '이 신호를 일으킨 원인이 우리가 아는 입자일 것이다.'라고 먼저 가정했습니다.

 

그리고 자연계의 고에너지 입자는 대부분 우주에서 날아온다는 사실에 주목했죠.;

 

따라서 과학자들은 이 신호 역시 우주에서 온 입자가 만들었을 것이라 보고, 그 후보를 찾기 시작했습니다.

 

그런데 아니타는 남극 상공에서 아래 쪽을 내려다보며 얼음층을 감시하는 장비입니다.

 

만약 우주에서 온 입자가 '아래에서 위로'향하는 신호를 만들려면, 방법은 단 하나 밖에 없는데요.

 

바로 지구 반대편에서 날아와, 행성 전체를 뚫고 나와야만 하는 겁니다.

 

그리고 현재까지 알려진 입자 중, 이처럼 지구를 관통할 가능성을 가진 유일한 입자가 바로 '중성미자'였죠.

 

중성미자는 물질과 거의 반응하지 않아, 일명 '유령 입자'라고도 불리는 특성을 가지고 있기 때문입니다.

 

이것이 바로 과학자들이 가장 먼저 '중성미자' 가설을 검토하게 된 이유였습니다.

 

하지만 이 가설은 곧 '수 천km 지구 관통'이라는 거대한 난제와 마주하게 되는데요,

 

물리 법칙에 따르면, 중성미자는 에너지가 높을수록 물질과 상호작용할 확률이 비약적으로 증가하게 됩니다.

 

즉, 아니타가 찾으려는 '초고에너지 중성미자'는, 수 천km의 지구를 통과하는 동안 어딘가에 흡수될 확률이 매우 높아지게 된다는 겁니다.

 

 

 

피에르 오제

 

 

 

그래서 지구라는 거대한 필터에서 살아남아 남극까지 도달하는 것 자체가 가장 어려운 첫 번째 관문이며, 이 확률이 전체 사건을 '난제'로 만들고 있는 주요 요인되고 있죠.

 

그런데 만약 한 중성미자가 기적적인 확률로 지구를 통과해 살아남았다고 해도 여전히 문제는 남아 있습니다.

 

지구를 통과한 고에너지 중성미자는, 다른 물질들과 반응할 확률을 가지고 여전히 있는데요.

 

문제는 이 중성미자가 '어떠한 물질들과' 반응하느냐 였습니다.

 

아니타에 신호로 잡히려면, 너무 깊은 암반도 안되고, 얼음을 지나쳐버린 허공도 안되고, 정확히 남극의 얼음층 내부라는 매우 한정된 공간 안에사 반응이 일어나야만 했습니다.

 

결론적으로, 중성미자가 '지구에 흡수되어 사라지는 운명을 거슬러 살아남은 뒤, 정확히 관측 가능한 유효 범위 안에서 반응을 일으켜야 하는 '극도로 까다로운 조건'을 만족해야만 하는 거죠.

 

이는 수십억 개의 동전을 던져 모두 같은 면이 나오는 것보다 희박한, 통계적으로 기적에 가까운 일입니다.

 

설상가상으로, 이 '기적'을 증명할 수 있는 아주 작은 증거조차 전혀 발견되지도 않았는데요.

 

만약 그런 초고에너지 이벤트가 발생했다면, 세계 최대의 관측소들인 '아이스큐브(IceCube)'와 '피에르 오제(Pierre Auger)'는 결코 그 순간을 놓쳤을리가 없습니다.

 

하지만 이 관측소들의 방대한 기록지에서는, 그 어떠한 유사 신호도 발견되지 않았죠.

 

결국 아니타의 신호는 지금까지 과학계에서 보고되지 않았던, 완벽한 '이상 현상'으로 남게 되었습니다.

 

설명하려 할수록 더 깊은 미궁으로 빠지는, 우리 시대의 가장 이상한 과학적 미스터리 중 하나가 탄생하는 순간이었습니다.

 

 

 

 

 

 

4장 : 잠들어 있던 사건 파일 

 

 

아니타 관측팀은 이 신호를 공식적으로 '이상 현상'이라 명명하고, 즉시 정밀 분석해 착수했습니다.

 

예상치 못한 각도에서의 전파 반사, 특이한 얼음층 구조에 의한 신호 굴절, 단순 노이즈나 기기 오작동 등 제기 가능한 모든 합리적 의심을 검토하기 시작했죠.

 

하지만 수많은 가설과 시뮬레이션에도, 결론은 달라지지 않았습니다.

 

그 어떤 기존 이론으로도 이 기묘한 '상향식' 신호를 완벽하게 설명할 수는 없었습니다.

 

이는 우리가 아직 발견하지 못한 미지의 물리 현상이거나, '표준 모형'의 한계를 넘어서는 새로운 입자의 존재를 암시하는

최초의 증거일 수 있다는 가능성이기도 했죠.

 

이렇게 아니타가 발견한 기묘한 신호의 정체는 끝내 밝혀내지 못했습니다.

 

하지만 미스터리는 완전히 잊히지 않았고, 풀리지 않는 수수께끼처럼 학계에 조용히 회자되고 있었습니다.

 

그리고 10여 년이 흐른 뒤, 마침내 몇몇 과학자들이 '다시 한번 제대로 검증해보자'며 이 오래된 과제에 도전하기로 했는데요.

 

그들은 이번 검증의 무대로, 아르헨티나의 '피에르 오제 관측소'를 선택했습니다.

 

연구팀은 이곳에서 2004년부터 2018년까지, 15년간 축적된 약 700만 건 이상의 방대한 데이터를 샅샅이 분석하기 시작했죠.

 

아니타가 본 신호가 실제로 존재한다면, 그 기록 속에 반드시 흔적이 남아 있을 겁니다.

 

 

 

 

 

 

5장 : 침묵의 증거와 두 갈래 길

 

 

분석 결과는 예상 밖이었습니다.

 

명확하게 지구 내부에서 나온 것으로 보이는 신호는 거의 발견되지 않았죠.

 

유일하게 조건에 맞을 법한 이벤트가 있긴 했지만, 정밀 분석 결과 일반적인 우주선이 일으킨 우연일 가능성이 높다고 판단되었습니다.

 

하지만 연구팀은 여기서 멈추지 않고, 아니타의 신호를 설명할 수 있는 새로운 가설을 통해 검증해 보기도 했는데요.

 

새로운 가설은 바로 '타우 중성미자'가설입니다.

 

타우 중성미자는 다른 중성미자와 달리, 지구 지표면 근처의 암석과 상호 작용할 경우, 곧바로 소멸하지 않고 다시 공기 중으로 빠져나와 입자 샤워를 일으키는 독특한 특성을 가지고 있습니다.

 

이 과정이 마치 '지구 내부에서 신호가 솟구쳐 나오는'것처럼 보일 수 있기 때문에, 과학자들은 이를 가장 그럴듯한 '표준 모형' 기반의 설명으로 여겼죠.

 

이 모델이 맞다면, 피에르 오제 관측소에서는 같은 원리의 현상이 최소 수십 건 이상 발견되어야 합니다.

 

하지만 실제 데이터는 냉정했는데요. 예측은 '수십 건'이었지만, 현실은 '0건'이었습니다.

 

이 결과를 바탕으로 연구팀은 중대한 결론을 내리게 됩니다.

 

아니타가 관측했던 '상향식 전파 펄스'는, 적어도 현재의 소립자 이론으로는 검증이 불가능하다는 것.

 

이는 아니타의 관측이 단순한 오류나 우연이 아니었으며, 그 미스터리가 훨씬 더 깊다는 사실을 재확인시켜준 셈이었습니다.

 

그렇다면 당시 미스터리한 신호의 진짜 정체는 대체 무엇이었을까요?

 

현재 과학계는 두 갈래의 길 위애서 여전히 답을 찾지 못하고 있습니다.

 

 

첫째, 이것이 정말 자연계의 아직 알려지지 않은 현상일 가능성.

 

둘째, 관측 장비의 구조나 환경이 만들어낸 일종의 '가짜 신호'일 가능성.

 

 

다른 관측 장비에서 유사 신호가 검출되지 않는다는 점은, 성급한 해석을 경계하고 신중한 검증이 필요함을 시사하고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

마지막 장 : 미지의 세계에서 온 초대장

 

 

기존의 방법으로 설명할 수 없는 벽에 부딪히자, 일부 과학자들은 질문의 방향을 바꾸었습니다.

 

'만약 이 현상이 오류가 아니라, 우리가 아직 모르는 새로운 자연 현상의 첫 신호라면?' 이라는 대담한 가정을 하게 된 거죠.

 

이 새로운 관점 위에서, 그 현상의 정체를 설명하려는 여러 가설들이 제안되기 시작했습니다.

 

남극의 얼음층 내부에서 순간적으로 발생한 플라즈마 방전이나 고에너지 방사선일 가능성, 혹은 지구 깊은 곳에 숨겨진 미지의 구조체나 물질 덩어리에서 비롯된 신호일 수 있다는 추측도 제기되었습니다.

 

심지어 '암흑 물질'의 충돌이나 시공간의 왜곡과 같은 이색적인 가설들마저 진지하게 검토 테이블에 오르게 되었죠.

 

물론 이 모든 대담한 가설들은 아직 현실의 증거가 없는 '이론적 상상'에 머물러 있습니다.

 

심지어 후속 연구는 '현재의 물리 법칙으로는 그런 신호가 관측될 수 없다'고 결론 내리기도 했는데요.

 

즉, 이론은 '불가능'을 말하고 있지만, 현실에서는 '사건'이 두 번이나 일어났던 겁니다.

 

그래서 결국 우리는 하나의 진실과 마주하게 됩니다.

 

아니타가 포착한 저 미스터리한 신호는, 어쩌면 우리 과학이 아직 가보지 못한 영역이 존재한다는 가장 강력한 증거일지도 모른다는 것.

 

남극 가장 깊은 곳에서부터 날아온 그 불가사의한 속삭임.

 

그것은 어쩌면 자연이 우리에게 보낸, '아직 알지 못하는 세계'로의 초대장이 아닐까요?