최근 연구에 따르면 블랙홀이라고 믿어왔던 천체가 실제로는 특이점이나 사건의 지평선이 없는 가상의 천체인 '그래바스타(Gravastar)'일 가능성이 제기되었습니다. 대질량 별이 붕괴할 때 암흑 에너지가 주도하여 내부에 미니 우주를 생성하는 이 모델은 기존 블랙홀 이론의 한계를 넘어서는 새로운 물리학적 패러다임을 제시합니다. 또한, 2011년 동일본 대지진 당시 지구 핵심부를 찍고 되돌아온 파동이 일본 열도를 이동시킨 전례 없는 지진학적 현상도 함께 다루고 있습니다.
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더 어스트랙트(The Abstract)에 오신 것을 환영합니다! 이번 주에 지구를 뒤흔들고, 우주를 탄생시키고, 우주 공간에서 폭발을 일으켰으며, 나비의 불로장생 비밀을 찾았던 주요 기사들을 소개합니다. 첫째로, 대지진에서 발생한 파동이 지구 중심부로 이동했다가 다시 돌아오면서 지금까지 본 적 없는 현상을 밝혀냈습니다. 그다음으로는 그래바스타(gravastar, 중력-진공 별)의 탄생 과정, 우주 장례식의 불빛과 같은 우주 현상, 그리고 늙은 나비들의 비밀이 소개됩니다. 평소와 같이 저의 더 많은 저술을 원하신다면 저의 책 『퍼스트 콘택트: 외계인에 대한 우리의 집착의 역사』를 확인하시거나, 개인 뉴스레터인 '더 벡스 파일스(The BeX Files)'를 구독해 주세요.
한 국가를 문자 그대로 움직여버린 파동
Park, Sunyoung et al. “ScS-triggered slip on megathrust interfaces after the 2011 MW 9.0 Tohoku-Oki earthquake.” Science.
2011년 일본 동쪽을 강타한 파괴적인 도호쿠-오키 지진은 매우 강력한 지진 '전단(shear)'파를 발생시켰는데, 이 파동은 지구의 핵에서 튕겨 나와 13분 뒤에 다시 지표면에 충돌하여 일본 본토 전체를 원래 위치에서 동쪽으로 약 0.25인치(약 6.35mm) 영구적으로 이동시켰다고 새로운 연구가 밝혔습니다. 지진파가 지구의 핵에서 반사되는 것은 흔한 일이지만, 과학자들은 지구 지각으로 되돌아와 부딪히는 파동을 이전에는 감지한 적이 없었습니다. 하지만 세계 항해 위성 시스템(GNSS) 측정 결과 지진 이후 일본이 약간 동쪽으로 이동한 것으로 계속 지시하자, 과학자들은 핵 반사파가 이러한 '미끄러짐 현상(slip event)'의 원인일 가능성이 높다는 것을 '놀라게' 깨달았다고 이 연구는 보고합니다.
시카고 대학교의 박선영(Sunyoung Park) 연구원이 이끄는 연구진은 "우리는 지구의 핵까지 이동했다가 되돌아온 전단파에 의해 촉발된 다판 경계 미끄러짐 사건에 기인한 도호쿠-오키 지진 이후 일본의 지반 운동에 대한 비범한 관찰을 보고한다"고 말했습니다. 연구팀은 "두 개의 판 경계에 걸쳐 있는 이 미끄러짐 현상은 지금까지 기록된 단일 사건 중 가장 넓은 파열 면적을 가지고 있다"며 "전체 길이는 일본 본토(약 3,000km)와 비슷하며, 본진의 파열 길이를 6~7배 초과하고 2004년 스마트라 대지진의 파열 길이보다 두 배 이상 길다"고 덧붙였습니다. 이 지진파의 충격은 원래의 지진보다는 훨씬 덜 강렬했지만, 이토록 넓은 지역에 거의 동시에 파동이 도달하면서 대륙판 경계 사이에 미끄러짐이 발생했습니다. 그 결과, 일본 본토는 태평양 방향으로 약 6밀리미터 이동했습니다. 이는 큰 수치처럼 들리지 않을 수 있지만, 단일 지진 사건이 이런 방식으로 대규모 육지를 이동시키는 것은 과학자들이 처음 관찰한 것입니다. 이 발견은 경이로운 새로운 현상을 밝혀냈을 뿐만 아니라, 미래의 거대한 지진을 대비하고 그 여파를 평가하는 데 있어 경고의 역할을 합니다. 핵 반사파는 "주요 지진 영역과 주변의 거대한 스러스트 단층대(megathrust interfaces)를 잠재적으로 (재)활성화할 수 있는, 이전에 인식되지 못했던 지진 위험 원인"이라고 연구팀은 결론지었습니다.
다른 뉴스들… 무너지는 물질로 또 무엇을 만들 수 있을까?
Jampolski, Daniel, and Rezzolla, Luciano et al. “Formation of gravastars.” Physical Review D.
블랙홀이 더 이상 기묘해질 수 없을 것이라고 생각한 순간, '그래바스타(gravastar)'가 등장했습니다. 이 천체는 정상적인 물리 법칙이 붕괴되는 특이점(singularity)이나 사건의 지평선(event horizon)을 포함하지 않는 블랙홀의 가상적인 대안입니다. 대신, 새로운 연구에 따르면 물리학자들은 대질량 별이 암흑 에너지가 지배하는 다른 유형의 밀집 천체로 붕괴할 수 있으며, 이로 인해 그 내부에 미니 우주의 탄생이 촉발될 수 있다고 이론화했습니다. 독일 이론 물리학 연구소의 다니엘 얌폴스키(Daniel Jampolski)와 루치아노 레졸라(Luciano Rezzolla) 저자는 "그래바스타는 특이점과 사건의 지평선을 모두 가지고 있지 않으며, 그 밀도를 블랙홀과 임의로 가깝게 만들 수 있기 때문에 이를 블랙홀과 구별하는 것이 어려울 것이라는 주장이 오래전부터 제기되어 왔다"고 말했습니다.
블랙홀과 그래바스타의 비교. 이미지: Finq
저자들은 "우리는 여기서 대질량 별이 붕괴한 후 정적 그래바스타가 생성되는 모델을 처음으로 제시한다..."라고 덧붙였습니다.
Welcome back to the Abstract! Here are the stories this week that shook the Earth, birthed a universe, exploded in space, and sought the fountain of lepidopterological youth. First, a wave from a disastrous earthquake journeyed to the center of the Earth and back, revealing a phenomenon that has never been seen before. Then: a recipe for a gravastar, a light shower of heavenly cremation, and the secrets of butterfly elders. As always, for more of my work, check out my book First Contact: The Story of Our Obsession with Aliens , or subscribe to my personal newsletter the BeX Files . The wave that literally moved a nation Park, Sunyoung et al. “ScS-triggered slip on megathrust interfaces after the 2011 MW 9.0 Tohoku-Oki earthquake.” Science. The devastating Tohoku-Oki earthquake, which struck east of Japan in 2011, generated a seismic “shear” wave so powerful that it bounced off Earth’s core and hit the surface again 13 minutes later, permanently shifting all of mainland Japan about a quarter-inch east of its original position, according to a new study. While it is common for seismic waves to ricochet off Earth’s core, scientists have never detected a wave smashing back into the planet’s crust before. But when global navigation satellite system (GNSS) measurements kept indicating that Japan seemed to have shifted slightly east after the quake, scientists realized with “surprise” that a core-reflected wave was the likely cause of the “slip event,” reports the study. “We report an extraordinary observation of ground motion in Japan after the…Tohoku-Oki earthquake attributed to a multiplate-interface slip event triggered by a shear wave that traveled to the Earth’s core and back,” said researchers led by Sunyoung Park of the University of Chicago. “This slip event, spanning two plate boundaries, has the broadest rupture area of any single event yet documented,” the team continued. “Its overall length is similar to that of mainland Japan (~3000 km), exceeding the mainshock rupture length by six to seven times and more than doubling that of the 2004 great Sumatra earthquake.” Even though the seismic uppercut was far less intense than the original quake, the near-simultaneous arrival of the wave across such a huge area caused a slip between continental plate boundaries. As a result, mainland Japan moved about six millimeters toward the Pacific Ocean, which doesn’t sound like a lot, but scientists have never observed a single seismic event moving a large landmass in this way. The discovery not only reveals a mind-boggling new phenomenon, it serves as a heads-up in preparing for future colossal quakes and assessing their aftermath. The core-reflected wave “is a previously unrecognized source of seismic hazard, which can potentially (re)activate the mainshock area and the broader surrounding megathrust interfaces,” the team concluded. In other news… What else can you make with collapsing matter? Jampolski, Daniel, and Rezzolla, Luciano et al. “Formation of gravastars.” Physical Review D. Just when you thought black holes couldn’t get any trippier, along comes a “gravastar.” These objects are hypothetical alternatives to black holes that do not contain a singularity or an event horizon, beyond which normal physics breaks down. Instead, physicists theorize that a massive star could collapse into a different type of compact object, dominated by dark energy, which could trigger the birth of a mini-universe inside of it, according to a new study. “Because a gravastar possesses neither a singularity nor an event horizon, and since its compactness can be brought arbitrarily close to that of a black hole, it has long been argued that it would be difficult to distinguish it from a black hole,” said authors Daniel Jampolski and Luciano Rezzolla of the Institute for Theoretical Physics in Germany. A comparison of black holes and gravastars. Image: Finq “We here present, for the first time, a model for the creation of a static gravastar following a gravitational collapse of a spherical cloud of matter,” the team added. The study models a pathway to the formation of a gravastar by imagining a uniform dust cloud collapsing toward a point at the center called a “de Sitter region,” which begins to expand. The inward collapse of the cloud and the outward repulsion of the de Sitter region, which is essentially an expanding mini-universe, results in an equilibrium state that would be virtually indistinguishable from a black hole to outside observers like us. Finally, a hypothetical object for people who think black holes are not weird enough. Bonus points for the study’s brainy asides, such as this one: “Obviously, if a quantum-gravitational description were possible, the zero-size de Sitter bubble would be naturally replaced by a Planck-size bubble.” Like, duh! Stardust to stardust, radioactive ashes to radioactive ashes Koll, Dominik et al. “The timing of the last r-process event near Earth from interstellar 60Fe, 244Pu and 247Cm deposition on Earth.” Nature Astronomy. Speaking of the weird corpses left behind by massive stars, Earth is constantly getting sprinkled with their radioactive remains. That’s the finding of a study about a deep sea rock dredged up from nearly 16,000 feet under the Pacific Ocean that scientists found is bedazzled with the ashes of dead stars. The rock is a chunk of ferromanganese crust, which forms on the ocean floor from minerals that precipitate from seawater. The rocks also capture rare heavy elements—such isotopes of plutonium, iron, and curium—that can only be sourced from cataclysmic cosmic events, such as explosive supernovae, or collisions between existing stellar corpses called neutron stars. Using this rare record, scientists detected radioactive isotopes that suggest Earth has been passing through the fallout of an ancient “kilonova” that occurred when two neutron stars merged more than 100 million years ago. These kilonova mergers, also known as “r-process events,” leave a distant isotopic signature that includes the radioactive isotope plutonium-244, which the team detected in the rock. “Our measured interstellar signatures suggest the occurrence of an old and rare r-process event leading to a diffuse [plutonium-244] background inside and outside the Local Bubble,” which is the term for our region of the galaxy, said researchers led by Dominik Koll of Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. “The trajectory of the Solar System through the Galaxy could impact the recorded r-process radionuclide abundance on Earth or the Moon.” In other words, we are all just casually wafting through the smoke of stellar pyres in our orbit around the galactic center. Hope that adds a little cosmic spice to your day. May you live to the ripe old age of one year Foley, Jessica et al. “Evolution of increased longevity and slowed ageing in a genus of tropical butterfly.” Nature Communications. We’ll close, as all things should, with butterfly Methuselahs. To better understand the processes that drive aging and longevity, scientists looked to the Heliconius family of butterflies, known as heliconians, which are known to live substantially longer than its close relatives, though their lifespans hadn’t been previously examined in depth. The team was surprised to learn that these butterflies can live for nearly a year whereas their close relatives in their “tribe” live for mere weeks, revealing a “25-fold variation in recorded maximum lifespan across the tribe,” according to a new study. “This range far exceeds previous estimates, and is among the largest ever recorded for such closely-related taxa (with comparable differences reported only for two groups of fish: rockfishes , and roughies,” said researchers led by Jessica Foley of the University of Bristol. Indeed, if humans exhibited this range of lifespan diversity, plenty of us would be living past 1,000 years old. The team also discovered that Myscelia cyaniris , which is not a heliconian, is “the longest-lived