[카테고리:] 기술

워털루 대학교와 조지아 공과대학의 연구원들은 AI가 다양한 산업에서 얼마나 광범위하게 사용되고 있는지에 대한 추정치와 함께 미국 경제 전반의 데이터를 분석했습니다. 그들의 목표는 AI 채택이 현재 속도로 계속 증가할 경우 에너지 사용 및 배출에 어떤 일이 발생할 수 있는지 이해하는 것이었습니다.

미국 에너지정보청(Energy Information Administration)의 데이터에 따르면 미국 경제의 83%는 여전히 석유, 석탄, 천연가스 등 화석 연료에 의존하고 있으며, 이들 모두 연소 시 온실가스를 생성합니다. 연구진은 미국의 AI 관련 전기 사용량이 아이슬란드의 총 에너지 소비량과 비슷하다는 사실을 발견했습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 증가는 너무 작아서 국가적 또는 세계적 수준에서 배출량에 큰 영향을 미칠 수 없습니다.

데이터 센터 근처의 지역적 효과

“에너지 사용의 증가가 균일하지 않을 것이라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 데이터 센터에 전력을 공급하기 위해 전기가 생산되는 곳에서 더 많이 느낄 것입니다.”라고 워털루 환경 학부 교수이자 캐나다 에너지 전환 연구 의장인 Juan Moreno-Cruz 박사는 말했습니다. “지역적 관점에서 그 에너지를 살펴보면 일부 장소에서는 전력 생산량과 배출량이 두 배로 늘어날 수 있기 때문에 큰 문제입니다. 그러나 더 큰 규모로 보면 AI의 에너지 사용은 눈에 띄지 않을 것입니다.”

이 연구는 데이터 센터가 집중된 지역에서 지역 경제에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 초점을 맞추지 않았지만 더 광범위한 결과는 여전히 고무적입니다.

잠재적인 기후 솔루션으로서의 AI

모레노-크루즈는 “AI의 사용이 기후에 큰 문제가 될 것이라고 믿고 이를 피해야 한다고 생각하는 사람들을 위해 우리는 다른 관점을 제시하고 있다”고 말했다. “기후에 미치는 영향은 그다지 크지 않으며 AI를 사용하여 녹색 기술을 개발하거나 기존 기술을 개선할 수 있습니다.”

이러한 결론에 도달하기 위해 모레노-크루즈(Moreno-Cruz)와 동료 환경 경제학자 앤서니 하딩(Anthony Harding) 박사는 경제의 다양한 부문, 해당 분야의 직업 유형, AI가 이러한 역할 중 얼마나 많은 역할을 처리할 수 있는지 평가했습니다.

연구원들은 AI 채택이 전 세계 에너지 사용 및 배출에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 더 잘 이해하기 위해 분석을 다른 국가로 확장할 계획입니다.

“Watts and Bots: The Energy Implications of AI Adoption”이라는 연구는 다음과 같이 출판되었습니다. 환경 연구 편지.

전체적으로 팀은 700개 이상의 가설을 평가하고 일관성을 측정하기 위해 각 가설에 대해 동일한 질문을 10번 질문했습니다.

AI 성능의 정확도 결과와 한계

2024년 처음 실험을 진행했을 때 ChatGPT는 76.5%의 정답을 맞췄습니다. 2025년 후속 테스트에서는 정확도가 80%로 소폭 상승했다. 그러나 연구자들이 무작위 추측을 조정한 후에는 결과가 훨씬 덜 인상적이었습니다. AI는 우연보다 약 60% 정도 더 나은 성능을 발휘했는데, 이는 강한 신뢰도보다 낮은 D에 가까운 수준입니다.

시스템은 허위 진술을 식별하는 데 가장 어려움을 겪었으며 해당 진술에 올바르게 라벨을 붙인 경우는 16.4%에 불과했습니다. 또한 눈에 띄는 불일치를 보여주었습니다. 정확히 동일한 프롬프트가 10번 주어졌을 때에도 ChatGPT는 약 73%의 시간에만 일관된 답변을 제공했습니다.

일관되지 않은 답변으로 인해 우려가 제기됨

WSU Carson College of Business의 마케팅 및 국제 비즈니스학과 부교수이자 새 출판물의 주요 저자인 Cicek은 “우리는 정확성에 대해서만 말하는 것이 아니라 불일치에 대해 이야기하고 있습니다. 동일한 질문을 반복해서 하면 다른 답이 나오기 때문입니다.”라고 말했습니다.

“우리는 동일한 질문에 대해 10개의 프롬프트를 사용했습니다. 모든 것이 동일했습니다. true라고 답할 것입니다. 다음에는 false라고 합니다. true, false, false, true입니다. 5개의 true, 5개의 false가 있는 경우가 여러 번 있었습니다.”

AI 유창성과 실제 이해

연구 결과는 Rutgers 비즈니스 리뷰에서는 중요한 결정, 특히 미묘하거나 복잡한 추론이 필요한 결정을 AI에 의존할 때 주의하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다. 생성 AI는 매끄럽고 설득력 있는 언어를 생성할 수 있지만 아직 동일한 수준의 개념 이해를 보여주지는 않습니다.

Cicek에 따르면, 이러한 결과는 진정으로 “생각”할 수 있는 인공 일반 지능이 많은 사람들이 예상하는 것보다 아직 더 멀리 떨어져 있을 수 있음을 시사합니다.

Cicek은 “현재 AI 도구는 우리가 하는 방식으로 세상을 이해하지 못합니다. ‘두뇌’가 없습니다.”라고 말했습니다. “그들은 단지 암기하고 통찰력을 줄 수는 있지만 자신이 말하는 내용을 이해하지 못합니다.”

연구 설계 및 방법

Cicek은 공동 저자인 Southern Illinois University의 Sevincgul Ulu, Rutgers University의 Can Uslay, Northeastern University의 Kate Karniouchina와 함께 작업했습니다.

팀은 2021년 이후 비즈니스 저널에 발표된 과학 연구에서 나온 719개의 가설을 사용했습니다. 이러한 유형의 질문에는 종종 가설이 뒷받침되는지 여부에 영향을 미치는 여러 요인과 함께 뉘앙스가 관련되어 있습니다. 그러한 복잡성을 단순한 참 또는 거짓 판단으로 축소하려면 신중한 추론이 필요합니다.

연구원들은 2024년에 ChatGPT-3.5 무료 버전을 테스트했고, 2025년에 업데이트된 ChatGPT-5 mini를 테스트했습니다. 전반적으로 성능은 두 버전 모두 유사하게 유지되었습니다. 정답 확률이 50%인 무작위 확률을 조정한 후 AI의 효율성은 두 해 모두 확률보다 약 60% 더 높았습니다.

AI 추론의 주요 약점

결과는 대규모 언어 모델 AI 시스템의 근본적인 한계를 지적합니다. 유창하고 설득력 있는 답변을 생성할 수 있지만 종종 복잡한 질문을 통해 추론하는 데 어려움을 겪습니다. 이는 설득력 있게 들리지만 실제로는 잘못된 답변으로 이어질 수 있다고 Cicek은 말했습니다.

전문가들이 AI에 대한 주의를 촉구하는 이유

연구진은 이러한 연구 결과를 바탕으로 비즈니스 리더들이 AI가 생성한 정보를 검증하고 회의적인 태도로 접근할 것을 권고했습니다. 그들은 또한 AI 시스템이 효과적으로 할 수 있는 것과 할 수 없는 것을 더 잘 이해하기 위한 교육의 필요성을 강조합니다.

이 연구는 특히 ChatGPT에 중점을 두었지만 Cicek은 다른 AI 도구를 사용한 유사한 실험에서 비슷한 결과가 나왔다고 지적했습니다. 이 작업은 또한 AI 과대광고에 대한 주의를 지적하는 이전 연구를 기반으로 합니다. 2024년 전국 조사에 따르면 AI에 초점을 맞춰 마케팅된 제품을 소비자가 구매할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다.

그는 “항상 회의적이어야 한다”고 말했다. “저는 AI를 반대하지 않습니다. 사용하고 있습니다. 하지만 매우 조심해야 합니다.”

이러한 계산은 재료의 열역학적 및 기계적 거동을 예측하는 데 필수적입니다. 시스템을 더욱 강력하게 만들기 위해 연구원들은 프레임워크를 원자가 상호 작용하고 움직이는 방식을 포착하는 기계 학습 잠재력과 결합했습니다. 이러한 통합을 통해 과학자들은 광범위한 물리적 환경에서 재료를 정확하고 효율적으로 모델링할 수 있습니다.

이 프로젝트를 주도한 로스 알라모스(Los Alamos)의 수석 AI 과학자 보이안 알렉산드로프(Boian Alexandrov)는 “입자 상호 작용을 포착하는 구성 적분은 평가하기가 매우 어렵고 시간이 많이 걸리는 것으로 악명이 높습니다. 특히 극한 압력이나 상 전이와 관련된 재료 과학 응용 분야에서는 더욱 그렇습니다.”라고 말했습니다. “열역학적 거동을 정확하게 결정하면 통계 역학에 대한 과학적 이해가 깊어지고 야금과 같은 핵심 분야에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.”

구성적분을 계산하기 어려운 이유

수십 년 동안 연구자들은 구성 적분을 추정하기 위해 분자 역학 및 몬테카를로 시뮬레이션과 같은 간접 계산 기술에 의존해 왔습니다. 이러한 방법은 장기간에 걸쳐 엄청난 수의 상호 작용을 시뮬레이션하여 원자의 움직임을 재현하려고 시도합니다.

가장 큰 장애물은 과학자들이 “차원성의 저주”라고 부르는 것에서 비롯됩니다. 변수의 수가 증가하면 계산의 복잡성도 기하급수적으로 증가합니다. 심지어 가장 발전된 슈퍼컴퓨터도 이 문제에 어려움을 겪고 있습니다. 결과적으로 시뮬레이션은 대략적인 답변만 제공하면서 몇 주 동안 실행되는 경우가 많습니다.

UNM 화학 및 생물 공학과 교수인 Dimiter Petsev는 재료 과학 연구에서 Alexandrov와 자주 협력합니다. Alexandrov가 그의 팀이 개발한 계산 전략을 설명했을 때 Petsev는 이 기술이 통계 역학의 구성 적분을 직접 평가하는 방법을 제공할 수 있다는 것을 깨달았습니다.

“전통적으로 구성 적분을 직접 해결하는 것은 적분에 종종 수천 단위의 차원이 포함되기 때문에 불가능한 것으로 간주되었습니다. 고전적인 통합 기술은 현대 컴퓨터에서도 우주의 나이를 초과하는 계산 시간이 필요합니다”라고 Petsev는 말했습니다. “그러나 Tensor 네트워크 방법은 다른 접근 방식을 벤치마킹할 수 있는 정확성과 효율성의 새로운 표준을 제공합니다.”

THOR AI는 고차원 계산을 실용적으로 만듭니다

THOR AI는 겉보기에 관리하기 어려운 문제를 효율적으로 해결할 수 있는 문제로 변환합니다. 이는 피적분 함수의 대규모 고차원 데이터 세트를 더 작은 연결된 조각의 시퀀스로 표현함으로써 이를 수행합니다. 프레임워크는 이러한 압축을 달성하기 위해 “텐서 트레인 교차 보간”이라는 수학적 전략을 사용합니다.

연구원들은 또한 재료 내의 주요 결정 대칭성을 감지하는 특수 버전의 방법을 개발했습니다. THOR AI는 이러한 패턴을 식별함으로써 필요한 계산량을 획기적으로 줄입니다. 한때 수천 시간이 걸렸던 계산이 이제는 정확성을 희생하지 않고도 몇 초 만에 완료될 수 있습니다.

재료 과학 및 물리학을 위한 더 빠른 시뮬레이션

팀은 여러 재료 시스템에서 THOR AI를 테스트했습니다. 여기에는 구리와 같은 금속, 결정 상태의 아르곤과 같은 극압 하의 비활성 가스, 주석의 복잡한 고체-고체 상전이가 포함됩니다. 각각의 경우에 새로운 방법은 이전에 고급 Los Alamos 시뮬레이션에서 얻은 결과를 400배 이상 빠르게 실행하면서 재현했습니다.

또한 이 프레임워크는 최신 기계 학습 원자 모델과 원활하게 통합되어 다양한 조건에서 재료를 분석할 수 있습니다. 이러한 유연성으로 인해 연구원들은 THOR AI가 재료 과학, 물리학 및 화학 전반에 걸쳐 귀중한 도구가 될 수 있다고 말합니다.

Los Alamos의 과학자이자 Physical Review Materials에 발표된 연구의 주저자인 Duc Truong은 “이 획기적인 발전은 100년 된 시뮬레이션과 구성 적분의 근사치를 제1원리 계산으로 대체합니다.”라고 말했습니다. “THOR AI는 더 빠른 발견과 재료에 대한 더 깊은 이해의 문을 열어줍니다.”

THOR 프로젝트는 다음에서 이용 가능합니다. GitHub.

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)의 고급 시스템 이해 센터(CASUS) 팀이 이끄는 연구원들은 이제 이 문제를 해결하기 위해 신뢰할 수 있고 재현 가능한 이론적 접근 방식을 도입했습니다. 그들의 예측은 실제 재료 샘플에 대한 측정을 통해 검증되었습니다. 팀은 이러한 발전이 폴리헵타진 이미드에 대한 연구를 크게 가속화하고 해당 분야의 급속한 성장을 촉발할 수 있다고 믿습니다.

질화탄소 재료와 가시광선 흡수

폴리헵타진 이미드는 더 넓은 종류의 질화탄소에 속합니다. 이 물질은 그래핀과 유사한 층 구조로 구성되어 있지만 질소가 풍부한 고리 모양의 분자 단위로 만들어졌습니다.

그래핀은 뛰어난 전기 전도성으로 알려져 있지만 광촉매로서의 기능은 좋지 않습니다. 폴리헵타진 이미드는 결정적인 면에서 다릅니다. 전자 밴드 갭으로 인해 가시광선을 흡수할 수 있어 햇빛에 의한 화학 반응에 적합합니다.

질화탄소 재료는 또한 몇 가지 실용적인 이점을 제공합니다. 상대적으로 생산 비용이 저렴하고 독성이 없으며 열에 안정적입니다. 그러나 이들 물질의 초기 버전은 내부 특성이 효과적인 전하 분리를 제한했기 때문에 광촉매로서 성능이 좋지 않았습니다.

광자가 물질에 부딪치면 전자가 여기되어 원래 위치에서 멀어지게 되어 양전하를 띤 정공이 남게 됩니다. 전자가 정공과 빠르게 재결합하면 화학 반응을 일으키지 않고 에너지가 열이나 빛으로만 방출됩니다.

“양전하를 띤 금속 이온을 함유한 폴리헵타진 이미드는 현저하게 향상된 전하 분리를 나타냅니다. 이러한 특징으로 인해 실제 응용 분야에 매우 적합해졌습니다.”라고 첫 번째 저자인 Zahra Hajiahmadi 박사는 말했습니다.

컴퓨터 모델링을 통해 더 나은 촉매제 검색 속도 향상

여러 광촉매 공정의 경제적 잠재력을 활용하려면 향상된 재료가 필요합니다. 여기에는 물 분해(연료로 수소를 생성하기 위해), 이산화탄소 감소(연료 또는 산업용 화학 물질로 기본 탄수화물을 생성하기 위해) 및 과산화수소 생산(기본 산업용 화학 물질로)이 포함됩니다.

특정 반응에 잘 작동하는 폴리헵타진 이미드 촉매를 설계하려면 구조의 여러 측면을 신중하게 제어해야 합니다. 실험실에서 가능한 모든 재료 후보를 만들고 테스트하는 것은 비현실적입니다. 따라서 계산 방법은 가능성을 좁히는 데 필수적인 역할을 합니다.

CASUS 이사이자 CASUS 연구팀 “복잡계 이론”의 책임자이자 해당 연구의 수석 저자인 Thomas D. Kühne 교수는 “설계 공간은 엄청납니다.”라고 설명합니다. “예를 들어 표면에 작용기를 추가하거나 특정 질소 또는 탄소 원자를 산소 또는 인 원자로 대체할 수 있습니다.”

Kühne의 연구 그룹은 복잡한 재료의 화학적, 물리적 거동을 효율적이고 정확하게 재현할 수 있도록 설계된 고급 수치 기술을 개발하고 있습니다.

53개의 금속 이온을 체계적으로 테스트

폴리헵타진 이미드의 특징은 물질 내에 음으로 하전된 기공이 존재한다는 것입니다. 이러한 기공은 양전하를 띤 금속 이온을 수용할 수 있어 촉매 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

Hajiahmadi의 연구는 다양한 금속 이온이 이러한 물질의 광전자 특성에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 최초의 포괄적인 조사를 나타냅니다. 이 연구에서는 총 53개의 금속 이온을 조사하여 구조 내 위치(평면 또는 층 사이)에 따라 분류하고 재료의 기하학적 구조를 어떻게 변경하는지(왜곡이 발생하는지 여부)에 따라 분류했습니다.

Hajiahmadi는 “우리는 기존의 모델링 접근 방식을 뛰어넘는 안정적이고 재현 가능한 계산 프레임워크를 사용했습니다.”라고 말했습니다. “광촉매에 대한 표준 전산 연구는 일반적으로 광촉매가 본질적으로 광여기 전하 캐리어에 의해 구동된다는 사실에도 불구하고 바닥 상태 특성에 초점을 맞추고 여기 상태 효과를 무시합니다. 특히 우리는 다체 섭동 이론 방법을 사용합니다.”

이러한 방법은 입자 상호 작용을 포함하지 않는 단순화된 모델 시스템으로 시작됩니다. 그런 다음 상호 작용이 작은 수정으로 추가되어 연구자들이 얼마나 많은 수의 입자가 서로 영향을 미치는지 대략적으로 파악할 수 있습니다. 이러한 계산에는 상당한 컴퓨팅 성능이 필요하고 이 분야에 거의 적용되지 않지만 새로운 연구는 그 가치를 보여줍니다. 프레임워크는 이러한 물질이 빛을 흡수하는 방식과 조명 하에서 전자 구조가 어떻게 작동하는지에 대한 정확한 설명을 제공합니다.

실험으로 이론적 예측 확인

연구진은 컴퓨터 접근 방식을 사용하여 다양한 금속 이온이 폴리헵타진 이미드 네트워크의 구조를 어떻게 변경하는지 조사했습니다. 그들의 분석에 따르면 이온 도입은 층 간 간격의 변화와 국지적 결합 환경의 수정을 포함하여 측정 가능한 구조적 변화를 일으킬 수 있음이 밝혀졌습니다. 이러한 구조적 변화는 재료의 전자 밴드 구조와 광학 특성에 직접적인 영향을 미치며 빛을 얼마나 효율적으로 포착하는지에 영향을 미칩니다.

그들의 예측을 테스트하기 위해 팀은 각각 다른 금속 이온을 포함하는 8개의 폴리헵타진 이미드 물질을 합성했습니다. 그런 다음 재료의 과산화수소 생산을 촉매하는 능력을 평가했습니다.

Hajiahmadi는 “결과는 우리의 예측에 대한 높은 수준의 동의와 경쟁 계산 방법보다 뛰어난 성능을 분명히 보여주었습니다”라고 결론지었습니다.

Kühne은 다음과 같이 덧붙입니다. “폴리헵타진 이미드가 차세대 광촉매 기술을 위한 가장 유망한 플랫폼 중 하나라는 점에 대해 약간의 의구심이 있었다면, 저는 이 연구가 그 문제를 해결했다고 믿습니다. 지속 가능한 반응을 위한 효율적인 폴리헵타진 이미드 광촉매의 목표 설계를 향한 길은 이제 더 명확해졌습니다. 저는 이것이 자주 성공적으로 수행될 것이라고 굳게 믿습니다.”

성운 PMR 1(Nebula PMR 1)이라고 불리는 이 물체는 투명한 두개골 안에 뇌를 닮은 눈에 띄는 외관을 가지고 있어 “노출된 두개골” 성운이라는 별명이 붙었습니다. Webb은 근적외선과 중적외선을 모두 사용하여 이를 관찰했으며 이전에는 볼 수 없었던 특징을 발견했습니다. 이 성운은 현재는 은퇴한 NASA의 스피처 우주망원경에 의해 10여년 전 적외선으로 처음 발견됐지만 웹의 첨단 장비는 훨씬 더 선명하고 상세한 모습을 제공해 뇌와 같은 구조를 더욱 뚜렷하게 돋보이게 했다.

레이어, 제트 및 분할 차선

성운은 발달의 여러 단계에 대한 명확한 징후를 보여줍니다. 초기에 방출되어 대부분 수소로 만들어진 가스의 외부 껍질과 혼합된 가스와 더 자세한 구조를 포함하는 더 복잡한 내부 영역이 있습니다. 이 층은 별이 시간이 지남에 따라 물질을 어떻게 흘리는지 반영합니다.

Webb의 NIRCam(근적외선 카메라)과 MIRI(중적외선 기기)의 이미지는 모두 성운 중심을 수직으로 통과하는 어두운 차선을 강조합니다. 이 기능은 클라우드를 뇌의 왼쪽과 오른쪽과 유사한 두 부분으로 나눕니다. 웹의 고해상도는 이 어두운 차선이 중앙 별에서 나오는 물질의 분출이나 흐름과 연결되어 있을 수 있음을 암시하는데, 이 과정은 종종 반대 방향으로 발사되는 쌍둥이 제트에 의해 추진됩니다. 이 활동의 ​​증거는 특히 MIRI 이미지의 성운 꼭대기 근처에서 볼 수 있는데, 내부 영역의 가스가 바깥쪽으로 밀려나는 것처럼 보입니다.

최종 단계의 스타

이 물체에 대한 많은 세부 사항은 아직 불확실하지만, 과학자들은 이 물체가 연료를 태우는 “수명”이 거의 끝나가는 별에 의해 형성되고 있다는 것을 알고 있습니다. 이 단계에서 별은 바깥층을 우주로 내보냅니다. 느리게 들릴 수도 있지만 우주 시간 규모로 보면 상대적으로 빠릅니다.

Webb은 이 프로세스가 전개되는 과정의 스냅샷을 포착했습니다. 별의 최종 운명은 아직 결정되지 않은 질량에 달려 있습니다. 만약 그 크기가 충분히 크면 초신성 폭발로 수명을 다할 수도 있습니다. 만약 그것이 우리 태양과 비슷하다면, 밀도가 높은 핵만 백색 왜성으로 남을 때까지 계속해서 물질을 잃을 것이며, 이는 오랜 시간에 걸쳐 점차 냉각될 것입니다.

제임스 웹 우주 망원경의 역할

제임스 웹 우주 망원경은 우주 연구를 위해 만들어진 가장 진보된 우주 관측소입니다. 우리 태양계 내의 물체를 조사하고, 다른 별을 공전하는 행성을 조사하고, 우주 역사 전반에 걸쳐 은하의 기원과 구조를 탐구하도록 설계되었습니다.

Webb은 NASA가 ESA(유럽 우주국) 및 CSA(캐나다 우주국)과 협력하여 주도하는 국제 협력으로, 우주가 어떻게 형성되고 진화했는지에 대한 새로운 통찰력을 지속적으로 제공하고 있습니다.

에 발표된 연구에서 자연소재Wilson 팀은 비전통적인 자기 상태를 생성하기 위해 재료의 장거리 질서 좌절로 알려진 현상을 사용하는 새로운 방법을 설명합니다. 이러한 상태는 결국 양자 기술과 관련이 있을 수 있습니다. Wilson은 이 작업이 즉각적인 적용보다는 기초 과학에 초점을 맞추고 있음을 강조했습니다. “이것은 기본적인 질문을 해결하기 위한 기초 과학입니다. 미래 장치에 어떤 물리학이 가능할지 조사하기 위한 것입니다.”

“삼각형 격자 반강자성체의 인터리브 결합 좌절”이라는 제목의 그들의 연구는 이러한 시스템에서 다양한 형태의 좌절이 어떻게 발생할 수 있는지 조사합니다. 중요한 유형 중 하나는 기하학적 좌절입니다. 이는 재료의 자기 모멘트가 하나의 안정적인 패턴으로 정착될 수 없고 대신 변동하는 구성으로 유지될 때 발생합니다.

작은 원자 자석과 좌절된 기하학

윌슨은 간단한 비유를 사용하여 자기를 설명했습니다. “자성은 결정 격자의 원자 위치에 있는 작은 막대 자석에서 파생되는 것으로 생각할 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다. 이 작은 자석을 자기 쌍극자 모멘트라고 합니다. 물질의 구조에 따라 그들은 서로 상호 작용하고 에너지를 최소화하는 방식, 즉 바닥 상태에 도달하는 방식으로 배열됩니다. 바닥 상태는 시스템의 가능한 가장 낮은 에너지 구성을 나타내며 절대 영도에서 모든 시스템은 이 상태로 존재합니다.

Wilson은 계속해서 이렇게 말했습니다. “만약 이러한 자기 모멘트가 서로 반평행을 가리키는 방식으로 상호작용한다면 우리는 이를 반강자성이라고 부릅니다.” 정사각형 배열의 원자에서는 이러한 상호 작용이 쉽게 작동합니다. 각 자기 모멘트는 이웃한 자기 모멘트와 반대 방향을 가리킬 수 있어 안정적인 구성을 생성합니다.

그러나 원자가 삼각형 배열을 형성하면 상황이 달라집니다. 그 기하학에서는 모든 자기 모멘트가 동시에 모든 이웃의 반대 방향을 가리키는 것이 불가능해집니다. Wilson이 설명했듯이 순간은 서로 경쟁하기 시작합니다. 격자의 기하학적 구조로 인해 가장 낮은 에너지 배열을 달성할 수 없기 때문에 그들은 효과적으로 좌절감을 느낍니다. 시스템은 평형에 도달하려고 시도하지만 그것이 차지하는 구조로 인해 완전히 평형에 도달할 수 없습니다.

채권 좌절과 전자 공유

유사한 유형의 좌절이 전자의 다른 측면에서도 발생할 수 있습니다. 자성을 포함하는 대신 전자 전하에서 발생할 수 있습니다. 근처에 있는 두 이온이 결합을 통해 전자를 공유하려고 하면 과학자들이 원자 이량체라고 부르는 것을 형성할 수 있습니다.

특정 격자 구조에서 자기 상호 작용이 좌절될 수 있는 것처럼 이러한 이합체도 삼각형 격자 또는 벌집 네트워크와 같은 기하학적 구조에서 제한에 직면할 수 있습니다. 그 결과는 그 자체로 좌절되는 유대 네트워크가 될 수 있습니다. 이러한 네트워크는 종종 변형에 매우 민감하며 변형을 적용하면 결합 패턴 내에서 좌절감을 부분적으로 완화할 수 있습니다.

Wilson의 연구는 두 가지 유형의 좌절이 동시에 존재하는 극히 드문 종류의 재료에 중점을 둡니다. 자기 좌절과 유대 좌절은 동일한 구조에서 함께 나타납니다.

좌절된 두 시스템 결합

윌슨은 이번 발견이 다른 시스템에 영향을 주어 좌절된 시스템을 제어할 수 있는 경로를 열어주기 때문에 “흥미롭다”고 설명했습니다. 지난 6~7년 동안 과학자들은 주기율표의 맨 아래 줄에 있는 원소 그룹인 란탄족 원소의 삼각형 네트워크로 만들어진 물질을 사용하여 좌절된 자기 상태를 생성하는 방법을 알아냈습니다.

“원칙적으로 적절하게 선택된 란탄족 모멘트의 삼각형 격자 네트워크는 본질적으로 특별한 종류의 양자 무질서 상태가 발생할 수 있습니다.”라고 Wilson은 말했습니다. 팀의 목표는 그 아이디어를 기반으로 하는 것이었습니다. “이 프로젝트에서 우리가 시도한 것 중 하나는 추가적인 결합 좌절도를 갖는 결정 격자에 이국적인 상태를 삽입하여 기능화하는 것이었습니다.”

연구자들은 양자 무질서 자기가 여러 형태를 취할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 이러한 상태 중 일부는 양자 정보 과학의 핵심 개념인 스핀 간의 장거리 얽힘을 지원할 수 있습니다. Wilson은 “일부 상태는 양자 정보 영역에서 흥미로운 스핀의 장거리 얽힘을 호스팅할 수 있습니다. 좌절된 결합 네트워크에 변형을 적용하여 이러한 상태를 제어하는 ​​것은 흥미로울 것입니다.”라고 설명했습니다.

양자 상태 제어를 향하여

두 개의 좌절된 시스템이 함께 존재하고 둘 다 변형이나 자기장과 같은 교란에 매우 민감한 경우 중요한 질문이 나타납니다. 과학자들은 두 시스템이 서로 영향을 미칠 수 있는지 알고 싶어합니다. 특정 조건에서 한 레이어의 순서가 지정되면 잠재적으로 다른 레이어에도 영향을 미칠 수 있습니다.

Wilson은 “이것은 다른 방법으로는 응답하지 않을 기능이나 다른 것에 대한 응답을 사물에 전달하는 방법입니다.”라고 설명했습니다. “따라서 원칙적으로 큰 강성 반응을 설계할 수 있습니다. 약간의 변형을 적용하여 자기 질서를 유도하거나 약간의 자기장을 적용하여 구조에 변화를 유도할 수 있습니다.

“원칙적으로 장거리 얽힘을 유발하는 양자 무질서한 바닥 상태를 찾을 수 있다면 문제는 예를 들어 결합 좌절과 같은 다른 층과의 결합을 통해 해당 얽힘에 접근할 수 있는지 여부가 됩니다.”

Wilson은 또한 이러한 접근 방식이 여러 유형의 질서가 함께 나타날 수 있는지 여부에도 관심이 있습니다. “기본적으로 이 두 가지 좌절된 격자의 근접성으로 인해 핵이 생성되는 다양한 유형의 질서가 있을 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다. “그것이 큰 그림 아이디어입니다.”

이번 연구는 복굴절각의 불확실성을 정량적으로 조사한 최초의 연구이다. 이 측정은 우주의 좌우 대칭을 위반하는 알려지지 않은 물리적 이론에 대한 단서를 제공할 수 있기 때문에 중요합니다. 또한 과학자들이 암흑 물질과 암흑 에너지를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

우주에서 가장 오래된 빛의 미묘한 반전

빅뱅이 남긴 희미한 잔광인 우주 마이크로파 배경에는 초기 우주에 대한 귀중한 정보가 담겨 있습니다. 최근 관찰에 따르면 이 고대 빛의 편광은 약간의 회전을 겪을 수 있습니다. 이 효과는 우주 복굴절로 알려져 있습니다.

과학자들은 이 미묘한 회전이 액시온(axion)이라고 불리는 가상의 기본 입자와 연결될 수 있다고 의심합니다. 따라서 복굴절 각도로 알려진 회전량을 정확하게 결정하는 것은 가능한 새로운 물리학을 테스트하는 데 필수적입니다. 연구원들은 CMB EB 상관관계라는 신호의 강도를 분석하여 이 각도를 측정합니다. 이전 연구에서는 회전 각도를 약 0.3도로 추정했습니다.

측정 불확실성 조사

연구팀은 Kavli 우주 물리학 및 수학 연구소(Kavli IPMU, WPI) 프로젝트 부교수인 Toshiya Namikawa와 함께 작업하는 도쿄 대학 이학 대학원 박사 후보자 나오카와 후미히로(Fumihiro Naokawa)가 이끌었습니다. 그들의 분석은 우주 복굴절 측정에 영향을 미치는 불확실성을 주의 깊게 조사했습니다.

그들의 결과는 회전 각도가 실제로 이전에 보고된 값인 약 0.3도보다 더 클 수 있음을 시사합니다.

“시계만 보면 무슨 요일인지 알 수 있나요? 아니요, 불가능합니다. 시계 바늘에서 날짜를 확인하려면 특정 기준 날짜와 시간 이후 바늘이 몇 번 회전했는지 알아야 합니다. 이 시계 바늘과 같이 현재 상태만 관찰하면 과거에 몇 번 회전했는지 알 수 없는 상황을 과학적인 용어로 360도 위상 모호성이라고 설명합니다.

“시계처럼 우리가 관찰할 수 있는 CMB는 현재 상태에만 있습니다. 따라서 0.3도, 180.3도, 360.3도와 같은 회전 각도는 구별할 수 없어야 합니다. 이는 복굴절 각도가 180도의 위상 모호성을 가짐을 의미합니다.”라고 Naokawa는 말했습니다.

위상 모호성 문제 해결

이 문제를 해결하기 위해 연구진은 모호성을 해결하는 기술을 개발했습니다. 그들은 EB 상관 신호의 상세한 모양에 편광 방향이 몇 번 회전했는지에 대한 단서가 포함되어 있음을 발견했습니다.

EB 상관 신호 내의 이러한 미묘한 특징을 분석함으로써 과학자들은 실제 회전 각도를 결정하고 모호성을 제거할 수 있습니다.

미래 우주론 실험 개선

새로운 방법은 우주 복굴절에 대한 미래의 고정밀 관측을 분석하기 위한 도구를 제공합니다. Simons Observatory 및 LiteBIRD를 포함한 다가오는 실험에서는 이 기술을 사용하여 기초 물리학의 새로운 이론적 모델을 테스트할 수 있습니다.

또한 팀은 이러한 위상 불확실성을 고려할 때 우주 복굴절이 EE 상관관계로 알려진 우주 마이크로파 배경의 또 다른 신호에 영향을 미친다는 사실도 발견했습니다. 과학자들은 EE 상관관계를 사용하여 우주 재이온화를 연구하는 데 중요한 양인 우주의 “광학 깊이”를 추정합니다. 이러한 연결로 인해 새로운 발견은 연구자들이 이전에 보고된 광학 깊이 측정을 다시 검토해야 할 수도 있습니다.

우주 복굴절을 확인하는 새로운 방법

에 발표된 별도의 연구에서도 실제 검토 편지Naokawa는 우주 복굴절을 측정할 때 망원경으로 인해 발생하는 오류를 줄이는 방법을 조사했습니다. 그는 초거대 블랙홀에 의해 구동되는 전파 은하를 포함한 특정 천문학적 소스를 관찰하여 효과를 확인하는 방법을 제안했습니다.

이러한 관찰은 우주 복굴절을 검증하는 또 다른 방법을 제공할 수 있으며 과학자들이 암흑 에너지의 본질에 대한 더 깊은 통찰력을 발견하는 데 도움이 될 수 있습니다.

대학의 컴퓨터 공학과 연구원들은 창의적인 디자인 작업 중에 사람들이 AI와 함께 작업하는 방법을 조사한 최대 규모의 연구 중 하나를 지금까지 수행했습니다. 800명이 넘는 참가자가 온라인 실험에 참여했습니다. 가상 자동차 설계를 위한 AI 지원 시스템.

AI가 다양한 디자인 아이디어를 생성하는 방법

시스템은 뒤에서 조용히 디자인을 최적화하는 대신 MAP-Elites라는 방법을 사용하여 다양한 디자인 가능성으로 가득 찬 시각적 갤러리를 제작했습니다. 이 갤러리에서는 매우 효과적인 디자인, 특이한 아이디어, 의도적으로 결함이 있는 옵션까지 포함하여 다양한 자동차 컨셉을 보여주었습니다.

컴퓨터 과학 부교수이자 연구의 주 저자인 튜링 펠로우인 Sean Walton 박사는 다음과 같이 설명했습니다. “사람들은 종종 AI를 작업 속도를 높이거나 효율성을 향상시키는 것으로 생각하지만 우리의 연구 결과는 훨씬 더 흥미로운 것을 시사합니다. 사람들에게 AI로 생성된 디자인 제안이 표시되면 작업에 더 많은 시간을 할애하고 더 나은 디자인을 생산하며 더 많은 참여감을 느꼈습니다. 이는 효율성에 관한 것이 아니라 창의성과 협업에 관한 것입니다.”

전통적인 AI 평가가 너무 제한적인 이유

이 연구는 대화형 지능형 시스템의 ACM 저널 거래또한 AI 설계 도구가 일반적으로 평가되는 방식에 대한 문제를 강조합니다. 표준 측정항목은 사용자가 AI 제안을 클릭하거나 복사하는 빈도와 같은 단순한 동작에 초점을 맞추는 경우가 많습니다. 연구원에 따르면, 이러한 측정은 기술이 사람들의 생각, 감정, 새로운 아이디어를 탐구하려는 의지에 어떻게 영향을 미치는지 포함하여 경험의 중요한 측면을 간과합니다.

Swansea 연구원들은 AI 시스템이 이러한 더 깊은 효과를 포착하는 더 광범위한 방법을 사용하여 평가되어야 한다고 주장합니다. AI가 인간의 사고와 참여를 어떻게 형성하는지 이해하면 그 영향에 대한 보다 완전한 그림을 제공할 수 있습니다.

불완전한 아이디어가 창의성을 높일 수 있는 이유

Walton 박사는 AI가 생성한 출력의 다양성이 실험에서 중요한 역할을 했다고 강조했습니다. “우리의 연구는 AI 결과에서 다양성의 중요성을 강조합니다. 참가자들은 나쁜 아이디어를 포함하여 다양한 아이디어가 포함된 갤러리에 가장 긍정적으로 반응했습니다. 이는 초기 가정을 뛰어넘어 더 넓은 디자인 공간을 탐색하는 데 도움이 되었습니다. 이러한 구조화된 다양성은 조기 집착을 방지하고 창의적인 위험 감수를 장려했습니다.

“엔지니어링, 건축, 음악, 게임 디자인에 이르기까지 AI가 창의적인 분야에 점점 더 많이 포함되면서 인간과 지능형 시스템이 어떻게 함께 작동하는지 이해하는 것이 필수적입니다. 기술이 발전함에 따라 AI가 무엇을 할 수 있는지 뿐만 아니라 AI가 어떻게 우리가 보다 효과적으로 생각하고 창조하고 협업하는 데 도움을 줄 수 있는지가 문제입니다.”

저널에서 승인한 새로운 연구에서 자연Farah와 국제 연구팀은 매우 특이한 행동을 보이는 초발광 초신성(SN 2024afav)을 발견했다고 보고했습니다. 이 그룹에는 LCO(Las Cumbres Observatory)의 초신성 연구팀을 이끄는 Farah의 고문 Andy Howell이 포함되어 있습니다. 일반 상대성 이론의 아이디어를 무거운 별의 폭발 여파에 적용함으로써 연구자들은 이 유난히 밝은 사건에서 보이는 이상한 신호를 설명할 수 있었습니다.

초신성 밝기 급증의 미스터리

거대한 별이 핵연료를 모두 소모하면 핵이 붕괴되고 초신성이라고 알려진 극적인 폭발이 일어납니다. 대부분의 초신성은 상당히 부드러운 패턴을 따르며 점차 밝아지고 천천히 사라집니다. 전형적인 초신성조차도 한동안 전체 은하계보다 빛날 수 있습니다.

그러나 천문학자들은 최근 일반 초신성보다 10~100배 더 밝게 빛나는 초발광 초신성으로 알려진 희귀한 그룹을 확인했습니다. 과학자들은 아직도 이러한 극단적인 폭발의 힘이 무엇인지 완전히 이해하지 못하고 있습니다. 그들 중 다수는 밝기의 수수께끼 같은 변동, 예상되는 부드러운 곡선을 방해하는 빛의 짧은 증가, 팽창하는 잔해 내에서 복잡한 과정이 펼쳐지고 있음을 암시합니다.

연구자들은 이러한 밝기 급증에 대해 몇 가지 설명을 제안했습니다. 한 가지 가능성은 에너지원이 폭발의 중심에 있다는 것입니다. 이 시나리오에서 별의 붕괴는 주변 잔해에 에너지를 주입하고 초신성의 밝기를 높이는 엄청나게 밀도가 높은 잔해인 중성자별을 형성합니다. 또 다른 아이디어는 폭발로 인한 폭발파가 별을 둘러싼 밀도 높은 가스 껍질에 부딪힐 때 밝기 스파이크가 발생한다고 제안합니다. 이러한 충돌은 팽창하는 물질에서 나오는 빛을 일시적으로 강화할 수 있습니다.

먼 초신성의 이상한 신호

LCO의 과학자들은 지구에서 약 10억 광년 떨어져 있는 SN 2024afav를 면밀히 모니터링했습니다. 관찰하는 동안 그들은 초신성의 밝기에서 일련의 반복적인 범프를 발견했습니다.

Farah는 패턴이 무작위 상호작용으로 설명하기에는 너무 구조적이라는 것을 깨달았습니다. 변주곡은 부드럽고 파도 같은 리듬을 따랐으며, 각 범프 사이의 시간은 빠르게 줄어들었습니다. 이는 신호가 점점 더 자주 발생한다는 것을 의미했습니다.

처음으로 천문학자들은 초신성이 주파수가 증가하여 “처프”를 형성하는 준주기 신호를 생성하는 것을 관찰했습니다. 이 현상은 두 개의 블랙홀이 나선형으로 함께 나선형으로 움직일 때 중력파에서 감지되는 신호와 유사합니다.

Farah는 “시간이 지남에 따라 더 빨라지는 범프 패턴을 설명할 수 있는 기존 모델이 없었습니다.”라고 말했습니다. “신호가 무작위 상호 작용으로 인해 발생하기에는 너무 구조화되어 보였기 때문에 이런 일이 발생할 수 있는 방법에 대해 생각하기 시작했습니다.”

중앙에 있는 마그네타

궁극적으로 신호를 설명하는 아이디어는 예상치 못한 소스에서 나왔습니다. 당시 Farah는 UCSB 물리학자 Gary Horowitz가 가르치는 일반 상대성 이론 과정을 청강하고 있었습니다.

파라는 초신성이 극도로 빠르게 회전하고 매우 강력한 자기장을 갖는 중성자별의 일종인 마그네타를 남겼다고 제안했습니다. 현재 모델에서 마그네타는 초신성에 전력을 공급하는 에너지원처럼 작용하여 초신성을 매우 밝게 만들고 전체적인 광도 곡선을 형성합니다.

그러나 기존 마그네타 모델은 반복되는 범프를 설명할 수 없었습니다. 이러한 변동은 주변 가스와의 상호 작용이나 마그네타 에너지 출력의 불규칙성으로 인해 발생할 수 있습니다.

Farah는 다른 메커니즘을 제안했습니다. 그의 모델에서는 폭발한 물질 중 일부가 마그네타 쪽으로 떨어지면서 기울어진 강착 원반을 형성합니다. Lense-Thirring 세차운동으로 알려진 일반 상대성 효과로 인해 회전하는 마그네타가 주변 시공간을 비틀어 디스크가 흔들리게 됩니다.

디스크가 세차운동을 하면서 마그네타에서 나오는 빛을 주기적으로 차단하고 반사합니다. 이로 인해 시스템은 깜박이는 우주 등대처럼 작동합니다. 디스크가 마그네타를 향해 점차 안쪽으로 이동함에 따라 흔들림 속도가 빨라집니다. 그 결과 지구에서 감지된 빛의 펄스가 가속화되어 특유의 “삐삐” 소리가 발생합니다.

상대성 설명 테스트

Lense-Thirring 세차운동은 디스크가 흔들리는 원인이 될 수 있는 유일한 과정이 아닙니다. 그들의 설명을 테스트하기 위해 Farah와 동료들은 이론가 Logan Prust(UCSB Kavli 이론 물리학 연구소의 전 박사후 연구원)와 협력하여 몇 가지 다른 가능성을 조사했습니다.

SN 2024afav는 모든 모델이 신호 주기와 주기 변경 속도를 모두 일치시켜야 했기 때문에 이러한 아이디어를 테스트하기 위한 강력한 실험실임이 밝혀졌습니다.

“우리는 순전히 뉴턴 효과와 마그네타의 자기장에 의해 구동되는 세차 운동을 포함한 여러 가지 아이디어를 테스트했지만 Lense-Thirring 세차 운동만이 타이밍과 완벽하게 일치했습니다.”라고 Farah는 설명했습니다. “초신성의 역학을 설명하기 위해 일반상대성이론이 활용된 것은 이번이 처음입니다.”

글로벌 망원경의 노력

발견을 포착하려면 전 세계 망원경 네트워크 전반에 걸쳐 신속한 조정이 필요했습니다. 폭발의 초기 섬광은 ATLAS 조사에 의해 2024년 12월에 처음 감지되었습니다. Goleta에 기반을 둔 Las Cumbres 관측소 네트워크의 관측소는 200일 이상 이벤트를 추적했습니다.

이 확장된 캠페인 동안 연구원들은 LCO의 모든 장비를 사용하여 거의 지속적으로 초신성을 모니터링했습니다. 그들은 또한 밝기의 아주 작은 변동도 기록되도록 실시간으로 관찰 전략을 조정했습니다.

Farah는 “이것은 LCO의 큰 승리입니다.”라고 말했습니다. “독보적으로 깨끗하고 높은 케이던스의 LCO 데이터를 통해 미래의 범프를 예측할 수 있었고 캠페인을 한 푼도 동적으로 조정할 수 있는 기능을 통해 실시간으로 예측을 확인할 수 있었습니다. 예측이 실현되기 시작했을 때 우리는 뭔가 특별한 것을 보고 있다는 것을 알았습니다.”

이 연구는 두 가지 이유로 큰 진전을 나타냅니다. 첫째, 초신성에서 발생하는 ‘처프(Chirp)’의 첫 번째 알려진 사례를 식별하여 항성 폭발에서 관찰 가능한 새로운 유형의 행동을 드러냅니다. 둘째, 마그네타가 초발광 초신성을 생성하여 이론적 설명이었던 것을 확증된 메커니즘으로 바꾼다는 가장 명확한 증거를 제공합니다.

미래의 발견을 기대하다

Farah는 자신의 박사 학위를 변호할 것입니다. 올해 5월 UCSB에서 논문을 제출했으며 UC Berkeley의 Miller Institute for Basic Science에서 Miller Fellow로 이러한 현상을 계속 연구할 계획입니다. 그곳에서 그는 원래 마그네타 구동 초신성 모델을 제안한 과학자인 Dan Kasen 교수와 함께 연구할 예정입니다.

Farah의 고문 Andy Howell은 발견의 중요성을 강조했습니다.

“나는 거의 20년 전 초발광 초신성 발견에 참여했는데 처음에는 그것이 무엇인지 몰랐습니다. 그 후 마그네타 모델이 개발되었고 필요한 놀라운 에너지를 설명할 수 있는 것처럼 보였지만 충돌은 설명할 수 없는 것처럼 보였습니다.

Howell은 계속해서 “이제 Joseph은 스모킹 건을 발견했다고 생각합니다. 그리고 그는 범프를 마그네타 모델에 묶고 천체 물리학에서 가장 검증된 이론인 일반 상대성 이론으로 모든 것을 설명했습니다. 그것은 믿을 수 없을 정도로 우아합니다.”라고 Howell은 말했습니다.

Farah는 천문학자들이 곧 이러한 “지저귀는” 초신성을 더 많이 발견할 것이라고 믿습니다. 다가오는 칠레의 Vera C. Rubin 천문대는 곧 전례 없는 밤하늘 조사를 시작하여 10년간의 프로그램 동안 매일 밤 약 10테라바이트의 데이터를 생성할 것입니다.

Farah는 “이것은 내가 참여할 수 있는 특권을 누린 것 중 가장 흥미로운 일입니다. 이것은 제가 어렸을 때 꿈꿔왔던 과학입니다”라고 말했습니다. “우주는 우리가 아직 완전히 이해하지 못했다고 대놓고 우리에게 말하고 설명하라고 요구합니다.”

“별의 빛 출력은 훌륭하고 평탄했지만 2016년부터 밝기가 세 번 하락했습니다. 그리고 2021년쯤에는 완전히 엉망이 되었습니다.”라고 워싱턴 대학의 천문학 박사 과정인 Tzanidakis가 말했습니다. “우리 태양과 같은 별은 그렇게 하지 않는다는 점은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 그래서 우리는 이것을 봤을 때 ‘안녕하세요, 무슨 일이죠?’라고 생각했습니다.”

대규모 행성 충돌을 가리키는 증거

연구자들은 결국 이상한 행동이 별 자체에서 오는 것이 아니라는 결론을 내렸습니다. 대신, 엄청난 양의 암석과 먼지가 별 앞을 지나가면서 지구를 향해 이동하는 빛을 부분적으로 차단했습니다. 잔해는 특별한 사건, 즉 두 행성 사이의 격렬한 충돌로 인해 생성된 것으로 보입니다.

Tzanidakis는 “다양한 망원경이 이러한 영향을 실시간으로 포착했다는 것은 놀라운 일입니다.”라고 말했습니다. “기록상 다른 종류의 행성 충돌은 몇 번밖에 없으며 지구와 달을 만든 충돌과 그렇게 많은 유사점을 지닌 충돌은 없습니다. 은하계의 다른 곳에서 이와 같은 순간을 더 많이 관찰할 수 있다면 우리 세계의 형성에 대해 많은 것을 가르쳐 줄 것입니다.”

팀의 분석은 3월 11일에 발표되었습니다. 천체 물리학 저널 편지.

행성 충돌이 일어나는 이유

행성 형성은 혼란스러운 과정입니다. 어린 별 주변에서는 중력이 별 주위를 도는 먼지, 가스, 얼음, 암석 잔해 등의 물질을 끌어당깁니다. 태양계의 초기 단계에서는 성장하는 행성들 사이의 충돌이 흔합니다. 어떤 세계는 서로 부서지고 다른 세계는 우주로 던져집니다. 수천만 년에 걸쳐 이 과정은 점차적으로 우리와 같은 행성 시스템을 형성하고 안정화합니다.

이러한 충돌은 우주에서는 흔한 일이지만 지구에서 이를 목격하는 것은 극히 어렵습니다. 그것을 탐지하려면 궤도를 도는 잔해가 우리와 별 사이를 직접 통과하여 빛의 일부를 차단해야 합니다. 결과적으로 발생하는 조광 패턴은 천천히, 때로는 몇 년에 걸쳐 전개될 수 있습니다.

“Andy의 독특한 작업은 수십 년의 데이터를 활용하여 천천히 일어나고 있는 일, 즉 10년에 걸쳐 전개되는 천문학 이야기를 찾아냅니다.”라고 UW 천문학 조교수이자 수석 저자인 James Davenport가 말했습니다. “이런 방식으로 현상을 찾는 연구자는 많지 않습니다. 이는 모든 종류의 발견이 잠재적으로 성공할 수 있다는 것을 의미합니다.”

적외선 신호로 뜨거운 잔해 발견

이번 연구의 주요 저자인 Tzanidakis는 시간이 지남에 따라 밝기의 극적인 변화를 보이는 별에 초점을 맞췄습니다. 워싱턴 대학의 초기 연구는 쌍성과 큰 먼지 구름이 7년 동안 지속되는 일식을 생성하는 시스템을 식별하는 데 도움이 되었습니다.

그러나 Gaia20ehk는 전혀 다른 퍼즐을 제시했습니다. 그 밝기는 처음에는 잠시 줄어들다가 극도로 혼란스러워졌습니다. 과학자들은 Davenport가 가시광선 대신 적외선으로 관찰한 결과를 검토할 것을 제안할 때까지 패턴을 설명하기 위해 고군분투했습니다.

Tzanidakis는 “적외선 곡선은 가시광선과 완전히 반대되는 것”이라고 말했습니다. “가시광선이 깜박거리고 어두워지기 시작하면서 적외선이 급증했습니다. 이는 별을 차단하는 물질이 뜨겁다는 것을 의미할 수 있습니다. 너무 뜨거워서 적외선에서 빛을 내고 있는 것입니다.”

격렬한 행성 충돌은 쉽게 그 정도 수준의 열을 발생시킬 수 있습니다. 그러한 사건은 또한 천문학자들이 관찰한 밝기의 초기 감소를 설명할 수도 있습니다.

Tzanidakis는 “이는 두 행성이 서로 점점 더 가까워지면서 나선형으로 움직이기 때문에 발생할 수 있습니다.”라고 말했습니다. “처음에는 적외선 에너지가 많이 생성되지 않는 일련의 방목 충돌이 있었습니다. 그러다가 큰 재앙적인 충돌이 발생했고 적외선이 실제로 증가했습니다.”

지구의 달 형성의 가능한 메아리

이번 충돌은 대략 45억년 전에 지구와 달을 형성했던 사건과 유사할 수 있다는 힌트도 있습니다. Gaia20ehk 주위의 잔해 구름은 지구와 태양 사이의 거리와 대략 같은 천문 단위에서 별을 공전하는 것처럼 보입니다.

그 위치에서 흩어진 물질은 결국 냉각되어 새로운 행성체로 결합되어 잠재적으로 지구의 달 유형 시스템과 유사한 것을 형성할 수 있습니다. 그러나 과학자들은 궁극적으로 무엇이 형성되는지 알기 전에 잔해 구름이 가라앉을 때까지 기다려야 합니다. 그 과정은 몇 년, 심지어는 수백만 년이 걸릴 수도 있습니다.

미래의 망원경은 더 많은 충돌을 감지할 수 있습니다

현재 이 발견은 더 많은 행성 영향을 검색하는 것의 중요성을 강조합니다. NSF-DOE Vera C. Rubin 천문대의 Simonyi 측량 망원경은 올해 후반에 공간 및 시간에 대한 레거시 측량을 시작하면 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. Davenport의 대략적인 추정에 따르면 Rubin Observatory는 향후 10년 동안 약 100개의 유사한 충돌을 감지할 수 있습니다.

이와 같은 더 많은 사건을 발견하면 행성계가 어떻게 진화하는지에 대한 과학자들의 이해가 향상되고 태양계 너머에 거주 가능한 세계에 대한 검색 범위를 좁히는 데 도움이 될 수 있습니다.

“지구와 달을 창조한 사건은 얼마나 드문가? 그 질문은 우주생물학의 기본이다”라고 데이븐포트는 말했다. “달은 지구를 생명체가 살기 좋은 곳으로 만드는 마법의 재료 중 하나인 것 같습니다. 달은 일부 소행성으로부터 지구를 보호하는 데 도움이 될 수 있고, 화학과 생물학이 전 세계적으로 혼합될 수 있는 바다의 조수와 날씨를 생성하며, 심지어 지각판 활동을 촉진하는 역할을 할 수도 있습니다. 현재로서는 이러한 역학이 얼마나 흔한지 알 수 없습니다. 그러나 이러한 충돌을 더 많이 포착하면 우리는 그것을 알아내기 시작할 것입니다.”