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EPSC-DPS2025에서 결과를 발표한 도쿄 대학의 Wen-Han Zhou 박사는 “Gaia의 고유한 데이터 세트, 고급 모델링 및 AI 도구를 활용하여 소행성 회전을 형성하는 숨겨진 물리학을 밝혀냈으며 고대 세계의 내부를 볼 수 있는 새로운 창을 열었습니다”라고 말했습니다.

전체 하늘을 조사하는 동안 Gaia 임무는 소행성이 회전하면서 시간이 지남에 따라 반사되는 빛이 어떻게 변하는지 설명하는 광 곡선을 기반으로 소행성 회전에 대한 거대한 데이터 세트를 생성했습니다. 소행성 데이터를 회전 기간과 직경의 그래프에 표시하면 놀라운 점이 눈에 띕니다. 두 개의 서로 다른 개체군을 나누는 것처럼 보이는 간격 또는 구분선이 있다는 것입니다.

이제 Zhou가 이끄는 연구는 그가 프랑스의 Observatoire de la Côte d’Azur에 있는 동안 수행되었으며 이러한 격차의 이유를 밝혔으며 이를 통해 소행성 회전에 대한 오랜 미스터리를 해결했습니다.

Zhou는 “우리는 두 가지 핵심 과정, 즉 소행성을 충격으로 충격을 가해 텀블링 상태로 만들 수 있는 소행성 벨트의 충돌과 회전을 점차적으로 부드럽게 만들어 안정적인 회전으로 되돌리는 내부 마찰 사이의 줄다리기를 고려하는 소행성 스핀 진화의 새로운 모델을 구축했습니다.”라고 말했습니다. “이 두 가지 효과가 균형을 이루면 소행성 인구에 자연적인 구분선이 생깁니다.”

Gaia의 소행성 카탈로그에 기계 학습을 적용한 다음 결과를 모델의 예측과 비교함으로써 Zhou 팀은 간격의 위치가 모델이 예측한 것과 거의 완벽하게 일치한다는 것을 발견했습니다.

간격 아래에는 회전 주기가 30시간 미만인 소행성이 천천히 굴러다니는 반면, 간격 위에는 더 빠른 ‘순수한’ 회전하는 소행성이 있습니다.

수십 년 동안 천문학자들은 단일 회전축을 중심으로 회전하는 것이 아니라 왜 그렇게 많은 소행성이 혼란스럽게 굴러가는지, 그리고 왜 더 작은 소행성이 천천히 굴러갈 가능성이 더 높은지에 대해 의아해해 왔습니다.

Zhou의 연구는 충돌과 햇빛의 영향이 핵심이라는 것을 보여줍니다. 텀블링 동작은 일반적으로 소행성이 천천히 회전할 때 시작됩니다. 회전 속도가 느리다는 것은 충돌로 인해 더 쉽게 방해를 받을 수 있다는 것을 의미하며, 이로 인해 소행성은 혼란스러운 혼란에 빠질 수 있습니다.

일반적으로 햇빛의 미묘한 힘으로 인해 소행성은 회전을 멈추고 회전하게 될 것으로 예상됩니다. 소행성의 표면은 태양으로부터 열을 흡수하여 다른 방향으로 다시 방출합니다. 방출된 광자는 소행성에 작은 힘을 가해 시간이 지남에 따라 쌓이고, 소행성에 따라 회전 속도를 높이거나 낮출 수 있습니다. 축을 중심으로 원활하게 회전하는 소행성의 경우 햇빛이 흡수되고 재방출되는 방향이 일정하게 유지되어 햇빛이 밀어내는 힘이 커질 수 있습니다.

그러나 요동치는 소행성의 경우 햇빛의 효과는 훨씬 약합니다. 그것들은 혼란스럽게 회전하기 때문에 표면의 다른 부분이 주어진 시간에 열을 흡수하고 다시 방출합니다. 소행성을 지속적으로 밀어내는 대신 햇빛을 흡수하고 다시 방출하는 효과가 부드러워지므로 어느 방향으로든 밀어주는 것이 선호되지 않습니다. 결과적으로 천천히 굴러가는 소행성은 회전을 매우 느리게 변화시키고 가이아 관측 데이터의 간격 아래에 있는 느린 회전 영역에 갇히게 됩니다.

이 발견에는 실용적인 유용성이 있습니다. 소행성 내부 구조의 강성이 회전과 어떤 관련이 있는지 이해함으로써 해당 지식을 사용하여 소행성의 내부 특성을 추론하는 것이 가능합니다. 가이아 데이터에서 발견한 결과는 소행성이 두껍고 먼지가 많은 표토로 뒤덮인 많은 구멍과 구멍이 있는 느슨하게 결합된 잔해 더미라는 그림을 뒷받침합니다.

소행성의 특성을 이해하는 것은 충돌 과정에서 위험한 소행성을 어떻게 편향시키는지에 영향을 미칩니다. 왜냐하면 잔해더미 소행성은 NASA의 DART와 같은 운동 충격에 고체, 강체와 다르게 반응하기 때문입니다. 이러한 발견 덕분에 천문학자들은 잠재적으로 위험한 소행성의 내부 구조에 대한 광범위한 카탈로그를 곧 확보할 수 있었으며, 이를 통해 소행성을 편향시키는 방법에 대한 열쇠를 얻을 수 있었습니다.

Zhou는 “Vera C. Rubin Observatory의 LSST(Legacy Survey of Space and Time)와 같은 향후 조사를 통해 이 방법을 수백만 개의 더 많은 소행성에 적용하여 소행성의 진화와 구성에 대한 이해를 높일 수 있을 것”이라고 말했습니다.

EPSC-DPS2025에서 결과를 발표한 도쿄 대학의 Wen-Han Zhou 박사는 “Gaia의 고유한 데이터 세트, 고급 모델링 및 AI 도구를 활용하여 소행성 회전을 형성하는 숨겨진 물리학을 밝혀냈으며 고대 세계의 내부를 볼 수 있는 새로운 창을 열었습니다”라고 말했습니다.

전체 하늘을 조사하는 동안 Gaia 임무는 소행성이 회전하면서 시간이 지남에 따라 반사되는 빛이 어떻게 변하는지 설명하는 광 곡선을 기반으로 소행성 회전에 대한 거대한 데이터 세트를 생성했습니다. 소행성 데이터를 회전 기간과 직경의 그래프에 표시하면 놀라운 점이 눈에 띕니다. 두 개의 서로 다른 개체군을 나누는 것처럼 보이는 간격 또는 구분선이 있다는 것입니다.

이제 Zhou가 이끄는 연구는 그가 프랑스의 Observatoire de la Côte d’Azur에 있는 동안 수행되었으며 이러한 격차의 이유를 밝혔으며 이를 통해 소행성 회전에 대한 오랜 미스터리를 해결했습니다.

Zhou는 “우리는 두 가지 핵심 과정, 즉 소행성을 충격으로 충격을 가해 텀블링 상태로 만들 수 있는 소행성 벨트의 충돌과 회전을 점차적으로 부드럽게 만들어 안정적인 회전으로 되돌리는 내부 마찰 사이의 줄다리기를 고려하는 소행성 스핀 진화의 새로운 모델을 구축했습니다.”라고 말했습니다. “이 두 가지 효과가 균형을 이루면 소행성 인구에 자연적인 구분선이 생깁니다.”

Gaia의 소행성 카탈로그에 기계 학습을 적용한 다음 결과를 모델의 예측과 비교함으로써 Zhou 팀은 간격의 위치가 모델이 예측한 것과 거의 완벽하게 일치한다는 것을 발견했습니다.

간격 아래에는 회전 주기가 30시간 미만인 소행성이 천천히 굴러다니는 반면, 간격 위에는 더 빠른 ‘순수한’ 회전하는 소행성이 있습니다.

수십 년 동안 천문학자들은 단일 회전축을 중심으로 회전하는 것이 아니라 왜 그렇게 많은 소행성이 혼란스럽게 굴러가는지, 그리고 왜 더 작은 소행성이 천천히 굴러갈 가능성이 더 높은지에 대해 의아해해 왔습니다.

Zhou의 연구는 충돌과 햇빛의 영향이 핵심이라는 것을 보여줍니다. 텀블링 동작은 일반적으로 소행성이 천천히 회전할 때 시작됩니다. 회전 속도가 느리다는 것은 충돌로 인해 더 쉽게 방해를 받을 수 있다는 것을 의미하며, 이로 인해 소행성은 혼란스러운 혼란에 빠질 수 있습니다.

일반적으로 햇빛의 미묘한 힘으로 인해 소행성은 회전을 멈추고 회전하게 될 것으로 예상됩니다. 소행성의 표면은 태양으로부터 열을 흡수하여 다른 방향으로 다시 방출합니다. 방출된 광자는 소행성에 작은 힘을 가해 시간이 지남에 따라 쌓이고, 소행성에 따라 회전 속도를 높이거나 낮출 수 있습니다. 축을 중심으로 원활하게 회전하는 소행성의 경우 햇빛이 흡수되고 재방출되는 방향이 일정하게 유지되어 햇빛이 밀어내는 힘이 커질 수 있습니다.

그러나 요동치는 소행성의 경우 햇빛의 효과는 훨씬 약합니다. 그것들은 혼란스럽게 회전하기 때문에 표면의 다른 부분이 주어진 시간에 열을 흡수하고 다시 방출합니다. 소행성을 지속적으로 밀어내는 대신 햇빛을 흡수하고 다시 방출하는 효과가 부드러워지므로 어느 방향으로든 밀어내는 것이 선호되지 않습니다. 결과적으로 천천히 굴러가는 소행성은 회전을 매우 느리게 변화시키고 가이아 관측 데이터의 간격 아래에 있는 느린 회전 영역에 갇히게 됩니다.

이 발견에는 실용적인 유용성이 있습니다. 소행성 내부 구조의 강성이 회전과 어떤 관련이 있는지 이해함으로써 해당 지식을 사용하여 소행성의 내부 특성을 추론하는 것이 가능합니다. 가이아 데이터에서 발견한 결과는 소행성이 두껍고 먼지가 많은 표토로 뒤덮인 많은 구멍과 구멍이 있는 느슨하게 결합된 잔해 더미라는 그림을 뒷받침합니다.

소행성의 특성을 이해하는 것은 충돌 과정에서 위험한 소행성을 어떻게 편향시키는지에 영향을 미칩니다. 왜냐하면 잔해더미 소행성은 NASA의 DART와 같은 운동 충격에 고체, 강체와 다르게 반응하기 때문입니다. 이러한 발견 덕분에 천문학자들은 잠재적으로 위험한 소행성의 내부 구조에 대한 광범위한 카탈로그를 곧 확보할 수 있었으며, 이를 통해 소행성을 편향시키는 방법에 대한 열쇠를 얻을 수 있었습니다.

Zhou는 “Vera C. Rubin Observatory의 LSST(Legacy Survey of Space and Time)와 같은 향후 조사를 통해 이 방법을 수백만 개의 더 많은 소행성에 적용하여 소행성의 진화와 구성에 대한 이해를 높일 수 있을 것”이라고 말했습니다.

일본의 연구자들은 카고메 금속(kagome metal)이라 불리는 특별한 양자 금속 그룹에서 전기가 어떻게 작용하는지 설명했습니다. 이번 연구는 약한 자기장이 이러한 금속 내부의 작은 루프 전류를 어떻게 역전시키는지를 보여주는 최초의 연구입니다. 이러한 전환은 재료의 거시적 전기적 특성을 변경하고 어느 방향이 더 쉬운 전기 흐름을 갖는지 역전시킵니다. 이는 전류가 다른 방향보다 한 방향으로 더 쉽게 흐르는 다이오드 효과로 알려진 특성입니다.

특히 연구팀은 양자기하학 효과가 이러한 전환을 약 100배 증폭한다는 사실을 발견했다. 에 발표된 연구 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물간단한 자석으로 제어되는 새로운 전자 장치로 이어질 수 있는 이론적 토대를 제공합니다.

과학자들은 2020년경부터 실험에서 이 이상한 자기 전환 동작을 관찰했지만 왜 그런 일이 발생했고 그 효과가 왜 그렇게 강한지 설명할 수 없었습니다. 본 연구는 두 가지를 모두 설명하는 최초의 이론적 틀을 제공합니다.

좌절된 전자가 정착될 수 없을 때

“kagome metal”이라는 이름은 “바구니 눈” 또는 “바구니 패턴”을 의미하는 일본어 “kagome”에서 유래되었으며, 이는 서로 맞물린 삼각형 디자인을 만드는 전통적인 대나무 직조 기술을 나타냅니다.

이러한 금속은 원자가 과학자들이 “기하학적 좌절”이라고 부르는 독특한 바구니 직조 패턴으로 배열되어 있기 때문에 특별합니다. 전자는 단순하고 조직화된 패턴으로 정착할 수 없으며 루프 전류를 포함하는 더 복잡한 양자 상태로 강제됩니다.

이러한 금속 내부의 루프 전류가 방향을 바꾸면 금속의 전기적 거동이 변경됩니다. 연구팀은 루프 전류와 파동형 전자 패턴(전하 밀도 파동)이 함께 작용하여 전자 구조의 근본적인 대칭성을 깨뜨린다는 것을 보여주었습니다. 그들은 또한 물질의 가장 작은 규모에서만 발생하는 독특한 행동인 양자 기하학적 효과가 스위칭 효과를 크게 향상시킨다는 것을 발견했습니다.

나고야대학교 과학대학원 교수이자 수석 저자인 콘타니 히로시(Hiroshi Kontani)는 “자기 전환을 볼 때마다 뭔가 특별한 일이 일어나고 있다는 것을 알았지만 그 이유를 설명할 수 없었다”고 회상했다.

“Kagome 금속에는 일반 금속보다 양자 효과를 훨씬 더 강하게 만드는 증폭기가 내장되어 있습니다. 결정 구조와 전자적 거동의 조합으로 인해 특정 물리학의 핵심 규칙을 동시에 깨뜨릴 수 있습니다. 이는 자발적인 대칭 파괴로 알려진 현상입니다. 이는 본질적으로 극히 드물며 그 효과가 그토록 강력한 이유를 설명합니다.”

연구 방법에는 금속을 약 -190°C의 극도로 낮은 온도까지 냉각시키는 것이 포함되었습니다. 이 온도에서 카고메 금속은 전자가 순환 전류를 형성하고 물질 전체에 파도 같은 패턴을 생성하는 양자 상태를 자연적으로 발생시킵니다. 과학자들이 약한 자기장을 적용하면 전류가 회전하는 방향이 바뀌고 결과적으로 금속에서 선호되는 전류 흐름 방향이 변경됩니다.

새로운 재료와 새로운 이론의 만남

카고메 금속은 2020년경에야 발견되었기 때문에 양자 물리학의 이러한 획기적인 발전은 최근까지 불가능했습니다. 과학자들은 실험에서 신비한 전기 전환 효과를 신속하게 관찰했지만 그것이 어떻게 작동하는지 설명할 수 없었습니다.

관련된 양자 상호 작용은 매우 복잡하며 루프 전류, 양자 기하학 및 자기장이 어떻게 함께 작동하는지에 대한 고급 이해가 필요합니다. 이러한 지식은 최근 몇 년 동안만 발전했습니다. 이러한 효과는 불순물, 변형 및 외부 조건에도 매우 민감하여 연구하기 어렵습니다.

“이 발견은 세 가지가 적절한 시기에 결합했기 때문에 일어났습니다. 우리는 마침내 새로운 재료, 이를 이해하기 위한 고급 이론, 그리고 이를 제대로 연구하기 위한 첨단 장비를 갖게 되었습니다. 이 중 어느 것도 최근까지 함께 존재하지 않았기 때문에 지금까지 누구도 이 퍼즐을 풀 수 없었습니다.”라고 Kontani 교수는 덧붙였습니다.

“이러한 금속의 전기적 특성에 대한 자기 제어는 잠재적으로 새로운 유형의 자기 메모리 장치 또는 초민감 센서를 가능하게 할 수 있습니다. 우리 연구는 차세대 양자 제어 기술 개발을 시작하는 데 필요한 기본적인 이해를 제공합니다”라고 그는 말했습니다.