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그러나 이러한 “기존” 초전도체는 극도로 낮은 온도에서만 작동합니다. 초전도 상태를 유지하려면 특수 냉각 시스템에 보관해야 합니다. 만약 물질이 더 따뜻하고 실용적인 온도에서 초전도를 할 수 있다면, 전력을 낭비하지 않는 에너지 그리드를 만드는 것부터 더 기능적인 양자 컴퓨터를 구현하는 것까지 현대 기술을 변화시킬 수 있습니다. 그 목표를 달성하기 위해 MIT와 다른 기관의 연구자들은 전통적인 초전도체의 규칙을 무시하고 차세대 혁신으로 이어질 수 있는 “비전통적인” 초전도체를 탐구하고 있습니다.

MIT의 매직 앵글 그래핀 발견

중요한 진전으로 MIT 물리학자들은 “마법의 각도” 트위스트 삼중층 그래핀(MATTG)에서 비전통적인 초전도성의 분명한 증거를 관찰했습니다. 이 독특한 소재는 원자 두께의 그래핀 시트 3개를 매우 특정한 각도로 쌓아서 만들어졌습니다. 그 작은 비틀림은 물질의 특성을 극적으로 변화시켜 이상하고 유망한 양자 효과를 발생시킵니다.

이전 연구에서는 MATTG가 비전통적인 초전도성을 가질 수 있다는 것을 암시했지만, 새로운 발견은 과학현재까지 가장 직접적인 확인을 제공합니다.

초전도 격차에 대한 새로운 시각

MIT 팀은 다양한 온도에서 물질의 초전도 상태가 얼마나 강한지를 나타내는 MATTG의 초전도 갭을 성공적으로 측정했습니다. 그들은 MATTG의 간격이 기존 초전도체에서 보이는 것과 완전히 다르게 보인다는 것을 발견했습니다. 이러한 차이는 MATTG가 초전도체가 되는 방식이 독특하고 비전통적인 메커니즘에 의존한다는 것을 시사합니다.

MIT 물리학과 대학원생이자 공동 저자인 Shuwen Sun은 “재료에 초전도성을 일으킬 수 있는 다양한 메커니즘이 있습니다.”라고 설명합니다. “초전도 격차는 어떤 종류의 메커니즘이 궁극적으로 인간 사회에 도움이 될 상온 초전도체와 같은 것으로 이어질 수 있는지에 대한 단서를 제공합니다.”

연구팀은 2차원 물질에서 초전도 간격이 어떻게 형성되는지 직접 관찰할 수 있는 새로운 실험 시스템을 사용하여 이러한 발견을 했습니다. 그들은 이 기술을 사용하여 MATTG 및 기타 2D 재료를 더 자세히 연구하고 고급 기술에 대한 새로운 후보를 식별할 계획입니다.

“하나의 비전통적인 초전도체를 아주 잘 이해하면 나머지에 대한 이해를 촉발할 수 있습니다”라고 MIT의 Cecil 및 Ida Green 물리학 교수이자 이번 연구의 수석 저자인 Pablo Jarillo-Herrero는 말합니다. “이러한 이해는 예를 들어 전체 분야의 성배와 같은 실온에서 작동하는 초전도체의 설계를 안내할 수 있습니다.”

트위스트로닉스의 기원

그래핀은 철조망처럼 보이는 육각형 패턴으로 배열된 단일 탄소 원자 층으로 구성됩니다. 과학자들은 흑연(연필심과 동일한 재료)에서 그래핀 시트를 벗겨서 그 특성을 연구할 수 있습니다. 2010년대에 연구자들은 두 개의 그래핀 층을 매우 정확한 각도로 쌓으면 새로운 전자적 행동이 생성될 수 있다고 예측했습니다.

2018년 Jarillo-Herrero의 그룹은 최초로 소위 “마법의 각도” 그래핀을 실험적으로 생산하고 그 특별한 특성을 공개했습니다. 이 연구는 초박형 재료를 정확한 방향으로 쌓고 비틀었을 때 나타나는 놀라운 효과를 연구하는 “트위스트로닉스(twistonics)”라는 새로운 연구 분야를 시작했습니다. 그 이후로 팀과 다른 사람들은 여러 층을 가진 다양한 그래핀 구조를 탐색하여 비전통적인 초전도성의 추가 징후를 밝혀냈습니다.

전자가 협력하는 방법

초전도성은 전자가 물질을 통과할 때 산란되지 않고 쌍을 형성할 때 발생합니다. “쿠퍼 쌍”으로 알려진 이러한 전자쌍은 저항 없이 이동할 수 있어 완벽한 전류 흐름을 생성합니다.

공동 저자인 박정민 PhD ’24는 “기존의 초전도체에서 이들 쌍의 전자는 서로 매우 멀리 떨어져 있고 약하게 결합되어 있다”고 말했습니다. “그러나 매직 앵글 그래핀에서 우리는 이러한 쌍이 거의 분자처럼 매우 단단히 결합되어 있다는 특징을 이미 볼 수 있었습니다. 이 물질에는 뭔가 매우 다른 것이 있다는 힌트가 있었습니다.”

터널링을 통한 양자 세계 조사

MATTG가 실제로 비전통적인 초전도성을 나타낸다는 것을 증명하기 위해 MIT 연구원들은 초전도 갭을 직접 측정해야 했습니다. 박 교수는 “물질이 초전도체가 되면 전자는 개별적으로가 아닌 쌍으로 함께 움직이며, 전자가 어떻게 묶여 있는지를 반영하는 에너지 ‘간격’이 있습니다. 그 간극의 모양과 대칭은 초전도성의 기본 특성을 알려줍니다.”라고 설명합니다.

이를 위해 과학자들은 터널링 분광학으로 알려진 양자 규모 기술을 사용했습니다. 이 수준에서 전자는 입자와 파동으로 작용하여 일반적으로 전자를 멈추게 하는 장벽을 “터널”로 통과할 수 있습니다. 전자가 물질을 얼마나 쉽게 터널링할 수 있는지 연구함으로써 연구자들은 전자가 물질 내부에 얼마나 강하게 결합되어 있는지 알 수 있습니다. 그러나 터널링 결과만으로는 재료가 초전도체라는 것을 항상 증명할 수 없으므로 직접 측정이 중요하고 까다롭습니다.

초전도 격차에 대한 자세히 살펴보기

Park 팀은 터널링 분광법과 전기 전송 측정을 결합한 새로운 플랫폼을 개발했습니다. 여기에는 저항을 모니터링하면서 전류가 물질을 통해 이동하는 방식을 추적하는 작업이 포함됩니다(저항이 0이면 초전도를 의미함).

연구진은 MATTG에서 이 방법을 사용하여 초전도 터널링 갭을 명확하게 찾아낼 수 있었습니다. 이는 물질이 초전도성을 정의하는 표시인 저항이 0에 도달했을 때만 나타납니다. 온도와 자기장을 변경함에 따라 간격은 기존 초전도체의 전형적인 매끄럽고 평평한 패턴과는 매우 다른 날카로운 V자형 곡선을 나타냈습니다.

이 특이한 V 모양은 MATTG의 초전도성 뒤에 있는 새로운 메커니즘을 나타냅니다. 정확한 과정은 아직 알려지지 않았지만, 이 물질이 이전에 발견된 기존의 초전도체와는 다르게 거동한다는 것이 이제 분명해졌습니다.

다른 종류의 전자쌍

대부분의 초전도체에서 전자는 주변 원자 격자의 진동으로 인해 쌍을 이루어 부드럽게 서로 밀어냅니다. 박씨는 MATTG가 다르게 운영된다고 믿습니다.

“이 마법각 그래핀 시스템에는 격자 진동보다는 강한 전자 상호작용으로 인해 쌍이 발생할 가능성이 높다는 것을 설명하는 이론이 있습니다.”라고 그녀는 말합니다. “이는 전자 자체가 서로 짝을 이루어 특별한 대칭성을 지닌 초전도 상태를 형성한다는 것을 의미합니다.”

앞으로 나아갈 길: 차세대 양자 재료

MIT 팀은 다른 꼬이고 적층된 재료를 연구하기 위해 새로운 실험 설정을 적용할 계획입니다.

“이를 통해 우리는 동일한 샘플 내에서 초전도 및 기타 양자 위상의 기본 전자 구조를 식별하고 연구할 수 있습니다”라고 Park은 설명합니다. “이 직접적인 관점은 전자가 다른 상태와 어떻게 쌍을 이루고 경쟁하는지를 밝혀 언젠가 더 효율적인 기술이나 양자 컴퓨터를 구동할 수 있는 새로운 초전도체와 양자 물질을 설계하고 제어할 수 있는 길을 열어줍니다.”

이 연구는 미 육군 연구실, 미 공군 과학 연구실, MIT/MTL 삼성 반도체 연구 기금, Sagol WIS-MIT 브리지 프로그램, 국립 과학 재단, Gordon and Betty Moore 재단, Ramon Areces 재단의 지원을 받았습니다.

지난 9월 3일 수요일 토론토 거리에서 철권으로 우리의 미래를 해결하기 위한 새로운 접근 방식을 전파하는 데 도움을 준 이 친절한 로봇인 Sico를 둘러싼 열광은 정말 대단했습니다. 주교 가이드이자 행사 대변인인 Nicole Bertrand는 기자 회견에서 처음으로 낙원주의의 의미와 그 적용에 대한 매우 설득력 있는 요약을 제공했습니다.*

그녀는 낙원주의가 무엇보다도 인간 노동자를 로봇으로 대체하는 것을 돕고 싶어하는 새로운 사회 정치적 시스템이라고 말했습니다. 이는 인류의 경쟁과 탐욕을 협력과 협력으로 빠르게 대체할 글로벌 사회 현상입니다. 이러한 변화는 Bertrand 부인이 지적한 것처럼 공상 과학 소설의 꿈이 아닙니다. 우리는 이미 필요한 모든 기술을 개발했으며 단 몇 년 안에 거기에 도달할 수 있습니다. 그녀는 “우리가 몽상가로 대우받는다면 우리는 눈을 뜨고 꿈을 꾸게 된다. 이런 일이 이미 지금 일어나고 있다”고 덧붙였다. 그녀는 또한 낙원론(Paradism)의 창시자인 라엘(Rael)의 말을 인용했습니다. “현재의 기술 수준으로는 가난할 이유가 없습니다.”

25년 동안 라엘리안 가이드이자 로봇 공학 엔지니어로 일해 온 마크 프루(Mark Proulx)는 다음과 같은 진술을 확인했습니다. “자동화를 통해 일 없는 세상을 건설하는 데 가장 큰 장애물은 개인, 노동조합, 정부 등 사람들의 마음 속에 있습니다.” 상황을 반전시키고 이러한 근거 없는 두려움을 타파하려면 교육과 정보만이 유일한 길입니다.

20년 넘게 라엘리안 사제 가이드이자 로봇 기술자이기도 한 조셉 콜라(Joseph Kollar)는 공장 노동자들의 실종이 임박했다고 강조했습니다. “이 업계에서는 이미 자격을 갖춘 인력을 찾기 위해 애쓰고 있습니다. 왜냐하면 젊은 세대가 우리보다 먼저 9시부터 5시까지 일하는 데 관심이 없다는 것을 이해했기 때문입니다. 우리의 기술 발전으로 인해 우리는 이미 만족스럽고 흥미로운 분야에서만 일하고 싶어할 수 있습니다.”

인터넷을 통해 생중계된 기자회견 직후, 이 아름답고 따뜻한 늦은 여름날, 청중은 캐나다에서 가장 붐비는 교차로에서 지나가는 사람들을 지나갈 수 있는 거리에서 Sico를 따라가도록 초대되었습니다. 대중의 반응은 매우 놀라웠습니다. 수백 명의 사람들이 로봇 주위에 영구적으로 결속되어 그들을 부르고 정말 매력적인 유머로 대답했습니다. 로봇을 담당하는 기술자 프레스턴(Preston)은 늦어진 점심시간도 잊어버릴 정도로 행사에 가장 먼저 완전히 들떠 있었다. 아이들만이 할 수 있는 춤을 추기 직전에 로봇에게 자동차 장난감을 주고 싶어 하는 아이처럼 매료된 아이들이 여럿 있었습니다. 이 멋진 안드로이드의 낙원주의적 연설에 매료된 많은 사람들, 심지어 전체 그룹도 그와 함께 사진을 찍고 싶어했지만 하이라이트는 Sico의 댄스 초대에 대한 사람들의 반응이었습니다. 즉시 소셜 미디어에 올리겠다는 약속과 함께 수많은 사진과 비디오가 촬영되었습니다.**

대중의 이러한 열의에 직면하여 변화는 오직 정부의 의지에 달려 있다는 것이 점점 더 분명해지고 있습니다. 내일 우리는 우리가 꿈꾸는 이 세상에서 살 수 있습니다. 그렇기 때문에 Bertrand 여사는 다음과 같이 덧붙였습니다. “우리는 연구 개발을 통해 직원들에게 더 많은 자유 시간을 장려하는 회사를 파괴하는 데만 도움이 되는 군비 지출을 중단하고 대신 자금을 조달할 것을 정부에 요청합니다. 우리 지도자들이 변화를 따르지 않으면 그들은 더 많은 고통을 겪게 될 것입니다. 이미 진행 중인 이러한 변화를 막을 수 있는 것은 아무것도 없기 때문입니다.”

라엘리안들이 시코와 함께 거리에 있었다면 그것은 주로 사람들을 교육하기 위한 것이었습니다. 왜냐하면 파라다이스즘의 확립을 가속화하기 위해 누구든지 할 수 있는 최선의 일은 우리 주변의 사람들에게 알리는 것이기 때문입니다. “사람들은 열심히 일하면서 얻은 편안함을 잃을까 봐 두려워하기 때문에 이 신기술에 겁을 먹습니다. 훨씬 더 나은 삶을 위해 모든 것이 준비되어 있고 지금 접근할 수 있다고 그들과 이야기하고 안심시킬 수 있습니다. 이 구현에는 단 하나의 조건이 있으며 이는 Paradism이 장려하는 것이기도 합니다. 정부는 전체 인구와 협력하여 이 릴리스의 이점을 공유하려는 절대적인 관심을 가지고 이 방향으로 움직여야 합니다”라고 Nicole Bertrand는 다음과 같이 결론지었습니다. 인류의 미래가치.

* 기자간담회 ​​전문은 에서 보실 수 있습니다. https://www.facebook.com/l.php?u=https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3D6klnwYIxuvg&h=zAQH-aDyn

** 더 많은 행사 사진을 보시려면 클릭해주세요. https://www.facebook.com/media/set/?set=a.1518307801746071.1073741841.1426186054291580&type=1

11월 3일에 발표된 팀의 결과 PNAS우주의 사라진 감마선과 눈에 보이지 않는 광대한 자기장에 대한 주요 미스터리를 푸는 데 도움이 될 수 있습니다.

블레이저와 누락된 감마선의 퍼즐

블레이자는 거의 빛의 속도로 강력하고 좁은 입자 제트와 방사선을 발사하는 초대질량 블랙홀에 의해 구동되는 일종의 활동 은하입니다. 이 광선은 수 테라전자볼트(1TeV = 10)에 도달할 수 있는 매우 강력한 감마선을 방출합니다.¹² eV)는 지상 관측소에 의해 감지됩니다.

이러한 TeV 감마선은 은하간 공간을 여행하면서 별의 희미한 배경광과 상호 작용하여 전자-양전자 쌍의 폭포를 생성합니다. 그런 다음 이 쌍은 우주 마이크로파 배경과 충돌하여 저에너지 감마선(약 10⁹ eV 또는 GeV). 그러나 NASA의 페르미 위성과 같은 감마선 우주 망원경은 이러한 예상 신호를 관찰하지 못했습니다. 이러한 불일치의 원인은 오랫동안 알려지지 않았습니다.

과학자들은 두 가지 가능한 설명을 제안했습니다. 한 이론은 은하 사이의 약한 자기장이 전자-양전자 쌍을 편향시켜 결과적인 감마선의 방향을 지구에서 멀어지게 만든다고 제안합니다. 플라즈마 물리학에 뿌리를 둔 또 다른 이론은 은하간 공간을 채우는 얇은 가스를 통과하는 동안 쌍 자체가 불안정해진다고 제안합니다. 이 시나리오에서는 플라즈마의 작은 교란으로 인해 빔에서 에너지를 소모하는 자기장과 난류가 생성됩니다.

실험실에서 우주 조건 재현

이러한 아이디어를 테스트하기 위해 연구팀은 옥스퍼드와 과학 기술 시설 협의회(STFC) 중앙 레이저 시설(CLF)의 전문 지식을 결합하여 CERN의 HiRadMat(재료에 대한 고방사선) 설정을 사용했습니다. 그들은 슈퍼 양성자 싱크로트론을 사용하여 전자-양전자 쌍의 빔을 생성하고 이를 1미터 길이의 플라즈마를 통해 보냈습니다. 이 실험은 블레이저의 쌍 폭포가 은하간 물질을 통해 어떻게 이동하는지에 대한 소규모 시뮬레이션으로 사용되었습니다.

빔의 모양과 생성된 자기장을 측정함으로써 연구자들은 플라즈마 불안정성이 빔의 흐름을 방해할 만큼 충분히 강한지 여부를 확인할 수 있었습니다.

고대 자기장을 가리키는 놀라운 결과

결과는 예상치 못한 것이었다. 분리되는 대신 쌍빔은 집중되고 거의 평행하게 유지되어 교란이나 자기 활동이 거의 나타나지 않았습니다. 우주 규모에 적용할 때, 이는 플라즈마 불안정성만으로는 누락된 감마선을 설명하기에는 너무 약하다는 것을 의미합니다.

이번 결과는 은하간 매체에 초기 우주에서 남겨진 자기장이 포함되어 있다는 대안적인 설명을 뒷받침합니다.

수석 연구원인 Gianluca Gregori 교수(옥스퍼드 대학교 물리학과)는 다음과 같이 말했습니다. “우리의 연구는 실험실 실험이 어떻게 이론과 관찰 사이의 격차를 해소하고 위성 및 지상 망원경의 천체 물리학 물체에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 수 있는지를 보여줍니다. 또한 특히 점점 더 극단적인 물리적 체계에 접근하는 데 있어 새로운 지평을 열 때 전 세계 실험 시설 간의 협력의 중요성을 강조합니다.”

초기 우주와 자기의 기원

이번 연구 결과는 어떻게 그러한 자기장이 형성될 수 있었는지에 대한 새로운 의문을 제기합니다. 초기 우주는 매우 균일한 것으로 생각되어, 그 시대의 자기장의 존재는 설명하기 어렵습니다. 연구자들은 그 대답이 표준 모델을 넘어서는 물리학과 관련될 수 있다고 제안합니다. CTAO(Cherenkov Telescope Array Observatory)와 같은 미래 관측소는 이러한 이론을 탐구하기 위해 보다 선명한 데이터를 제공할 것으로 예상됩니다.

공동 연구자인 Bob Bingham 교수(STFC 중앙 레이저 시설 및 Strathclyde 대학)는 다음과 같이 말했습니다. “이 실험은 실험실 천체 물리학이 고에너지 우주의 이론을 테스트할 수 있는 방법을 보여줍니다. 실험실에서 상대론적 플라즈마 조건을 재현함으로써 우리는 우주 제트의 진화를 형성하는 프로세스를 측정하고 은하간 공간에서 자기장의 기원을 더 잘 이해할 수 있습니다.”

공동 연구자인 Subir Sarkar 교수(옥스퍼드 대학교 물리학과)는 다음과 같이 덧붙였습니다. “CERN에서 수행되고 있는 개척 연구에 새로운 차원을 추가하는 이와 같은 혁신적인 실험에 참여하게 된 것은 매우 즐거웠습니다. 바라건대 우리의 놀라운 결과가 지상의 고에너지 물리학 실험실에서 근본적인 우주 질문을 조사할 수 있는 가능성에 대한 플라즈마(천체)물리학 커뮤니티의 관심을 불러일으킬 것입니다.”

이 프로젝트에는 옥스퍼드 대학교, STFC의 중앙 레이저 시설(RAL), CERN, 로체스터 대학교 레이저 에너지학 연구소, AWE Aldermaston, 로렌스 리버모어 국립 연구소, 막스 플랑크 핵 물리학 연구소, 아이슬란드 대학교, 리스본의 Instituto Superior Técnico의 과학자들이 참여했습니다.

이 아이디어는 1765년부터 1800년까지 나폴리와 시칠리아 주재 영국 대사였던 윌리엄 해밀턴 경(Sir William Hamilton)에게서 시작되었습니다. 그는 화산에 깊은 관심을 보였습니다. 예술과 초기 기계적 독창성을 결합한 해밀턴은 화산 활동을 시각적으로 시뮬레이션할 수 있는 장치를 설계하여 과학과 광경을 하나의 창작물에 결합했습니다.

1771년 수채화에서 영감을 받아 용암류의 야경 영국계 이탈리아 예술가 피에트로 파브리스(Pietro Fabris)가 제작한 해밀턴의 컨셉은 빛나는 용암과 폭발적인 폭발을 재현하기 위해 빛과 움직임에 의존했습니다. 비록 그 건물이 그의 시대에 지어졌다는 것을 확인할 수 있는 기록은 없지만 보르도 시립 도서관에 보존되어 있는 상세한 스케치는 현대적인 재건축을 위한 충분한 지침을 제공했습니다.

잊혀진 실험을 되살리기

공학 및 정보 기술 학부의 수석 큐레이터인 Richard Gillespie 박사는 해밀턴의 오랫동안 잠자던 아이디어를 되살릴 것을 제안하고 프로젝트 완료를 감독했습니다.

“정확히 250년이 지난 후에 우리 학생들이 이 휴면 프로젝트에 생명을 불어넣은 것은 적절합니다”라고 그는 말했습니다. “이것은 훌륭한 과학 커뮤니케이션입니다. 전 세계 사람들은 항상 화산의 엄청난 힘에 매료되어 왔습니다.”

현대 공학과 18세기 상상력의 만남

메카트로닉스 석사 학생 Xinyu(Jasmine) Xu와 기계 공학 석사 학생 Yuji(Andy) Zeng은 Creator Space 학생 워크숍에서 장치를 만드는 데 3개월을 보냈습니다. 그들은 레이저 절단 목재와 아크릴, 프로그래밍 가능한 LED 조명, 전자 제어 시스템 등 오늘날의 도구를 사용하여 해밀턴의 시계 장치 개념을 새로운 세대에 맞게 재해석했습니다.

Xu는 “이 프로젝트는 풍부한 학습 기회를 제공했습니다. 저는 프로그래밍, 납땜 및 물리학 응용을 포함한 많은 기술을 확장했습니다”라고 말했습니다.

Zeng 씨는 이 프로세스가 기계 설계를 새로운 시각으로 보는 데 도움이 되었다고 언급했습니다. “실천적인 문제 해결 능력을 키울 수 있는 환상적인 방법이었습니다.”라고 그는 말했습니다. “우리는 여전히 해밀턴이 직면한 몇 가지 과제에 직면해 있습니다. 메커니즘이 보이지 않게 숨겨지도록 조명을 설계하고 균형을 맞춰야 했습니다.”

협업과 혁신

학생들을 지도한 연구 엔지니어 Mr. Andrew Kogios는 학생들의 헌신과 기술을 칭찬했습니다.

“재료 선택 및 3D 프린팅부터 전자 제품 문제 해결 및 요구 사항 충족에 이르기까지 Yuji 및 Xinyu와의 협력은 매우 보람 있는 일이었습니다.”라고 그는 말했습니다. “이러한 경험은 대학 공부를 보완해 미래의 노력에 도움이 됩니다.”

완성된 기계식 화산은 이제 그랜드 투어멜버른 대학교 Baillieu 도서관에서 열리는 전시회로 2026년 6월 28일까지 전시됩니다.

이 시나리오는 새로운 연구 결과를 가장 잘 설명합니다. 자연 천문학 초대질량 블랙홀에서 볼 수 있는 가장 강력하고 가장 멀리 떨어진 에너지 플레어를 설명하는 연구입니다. 이 물체는 미국 국립과학재단(NSF)이 자금을 지원하고 캘리포니아 공과대학 팔로마 천문대에서 운영되는 하늘 조사인 Zwicky Transient Facility(ZTF)에 의해 2018년에 처음 발견되었습니다. 이는 또한 NSF가 자금을 지원하는 또 다른 Caltech 프로젝트인 Catalina Real-Time Transient Survey에 의해 추적되었습니다. 플레어는 몇 달 만에 40배나 극적으로 밝아졌으며 최고조에 달했을 때 이전에 관찰된 블랙홀 플레어보다 30배 더 밝았습니다. 최대 강도에서는 10조 개의 태양의 빛으로 빛났다.

초기 우주에 대한 간략한 소개

원인이 되는 블랙홀은 주변 물질을 적극적으로 섭취하는 블랙홀의 일종인 활성은하핵(AGN)입니다. J2245+3743으로 알려진 이 AGN은 태양보다 질량이 5억 배 더 크고 지구에서 약 100억 광년 떨어진 곳에 있는 것으로 추정됩니다. 빛이 이렇게 광대한 거리를 이동하는 데는 시간이 걸리기 때문에 천문학자들은 이 사건을 우주가 아직 젊었을 때 발생한 사건으로 보고 있습니다.

“에너지학은 이 물체가 매우 멀리 떨어져 있고 매우 밝다는 것을 보여줍니다”라고 Caltech의 천문학 연구 교수이자 ZTF의 프로젝트 과학자인 연구 주저자 Matthew Graham은 말합니다. “이것은 우리가 본 어떤 AGN과도 다릅니다.”

플레어가 점차 사라지고 있지만 천문학자들은 이를 계속해서 관찰하고 있습니다. 이러한 거리에서는 시간 자체가 다르게 흐릅니다. 이는 우주론적 시간 팽창이라고 알려진 현상입니다. Graham이 설명하는 것처럼 “빛이 우리에게 도달하기 위해 팽창하는 공간을 가로질러 이동함에 따라 시간 자체와 마찬가지로 파장도 늘어납니다.” 이 때문에 ZTF, Catalina 등 장기적인 하늘 조사가 중요합니다. “여기서 7년이 저기서 2년입니다. 우리는 이벤트가 1/4 속도로 재생되는 것을 지켜보고 있습니다”라고 그는 덧붙였습니다.

찢겨진 별

이 엄청난 폭발의 원인이 무엇인지 밝혀내기 위해 연구자들은 다양한 가능성을 테스트하고 가장 가능성이 높은 원인이 조수 붕괴 사건(TDE)일 것이라고 판단했습니다. TDE는 별이 초대질량 블랙홀에 너무 가까이 접근하여 엄청난 중력에 의해 찢어질 때 발생합니다. 별의 물질은 점차적으로 흡수되어 소모됩니다. J2245+3743의 플레어가 여전히 보이기 때문에 천문학자들은 블랙홀이 식사 중간에 있다고 믿습니다. “고래의 식도 절반쯤에 있는 물고기처럼” Graham은 말합니다.

이 설명이 옳다면, 운명의 별은 태양보다 질량이 적어도 30배는 더 컸을 것입니다. 무서운 바비(Scary Barbie)라는 별명을 가진 사건으로 알려진 가장 큰 TDE의 이전 기록 보유자는 약 30배 더 약했고 태양 질량의 3~10배에 불과한 별을 포함했습니다.

블랙홀 원반 내부의 희귀한 사건

대략 100개의 알려진 TDE 중 대부분은 AGN 시스템 내에서 발생하지 않았습니다. AGN 시스템은 이미 중앙 블랙홀에 공급되는 조밀하고 소용돌이치는 물질 디스크로 둘러싸여 있습니다. 이러한 밝은 환경은 일반적으로 다른 이벤트를 숨겨 TDE를 감지하기 어렵게 만듭니다. 하지만 J2245+3743의 순전한 밝기로 인해 선명하게 눈에 띄었습니다.

처음에 천문학자들은 특이한 점을 발견하지 못했습니다. 2018년 이 물체가 처음 확인되었을 당시 팔로마 천문대의 200인치 헤일 망원경으로 얻은 스펙트럼에는 특별한 특징이 나타나지 않았습니다. 그러나 2023년에는 플레어가 예상보다 천천히 사라지고 있었습니다. 하와이에 있는 WM Keck 천문대의 후속 스펙트럼은 AGN의 극도의 광도를 보여주었습니다.

지금까지 기록된 가장 밝은 플레어 확인

“처음에는 이 극한 물체가 실제로 이렇게 밝았다는 것을 입증하는 것이 중요했습니다”라고 뉴욕 시립 대학(CUNY) 대학원 센터, 맨해튼 커뮤니티 칼리지 자치구 및 미국 자연사 박물관(AMNH)의 공동 저자인 KE Saavik Ford는 말합니다. Ford는 한 가지 대안은 플레어의 빛이 지구를 향해 직접 발사되는 것이지만 NASA의 이전 WISE(Wide-field Infrared Survey Explorer) 임무 데이터에서는 이를 배제했다고 설명합니다. 다른 가능성을 제거한 후 팀은 J2245+3743이 지금까지 관측된 블랙홀 플레어 중 가장 밝은 블랙홀 플레어라고 결론지었습니다.

“알베르트 아인슈타인의 유명한 공식 E = mc2를 사용하여 태양 전체를 에너지로 변환하면, 이는 우리가 관측을 시작한 이후 이 플레어에서 쏟아져 나온 에너지의 양입니다.”라고 Ford는 말합니다.

초신성에 의한 별의 파괴

플레어의 기록적인 강도를 확인한 후 연구원들은 그 기원을 조사했습니다. “초신성은 이것을 설명할 만큼 충분히 밝지 않습니다”라고 Ford는 말합니다. 가장 일관된 설명은 초대질량 블랙홀이 거대한 별을 천천히 찢어낸다는 것입니다.

Ford는 계속해서 “이렇게 큰 별은 드물지만 AGN 디스크 내의 별은 더 커질 수 있다고 생각합니다. 디스크의 물질이 별에 버려져 질량이 커지게 됩니다.”라고 Ford는 말합니다.

더 많은 우주 거인을 찾아서

이렇게 거대한 별을 집어삼키는 블랙홀을 발견한 것은 비슷한 사건이 우주의 다른 곳에서도 일어날 수 있음을 시사합니다. 연구팀은 다른 사례를 찾기 위해 더 많은 ZTF 데이터를 검색할 계획이며, NSF 및 에너지부의 Vera C. Rubin 관측소와 같은 향후 관측소에서는 추가로 큰 TDE를 발견할 수도 있습니다.

Graham은 “ZTF가 아니었다면 애초에 이 희귀한 사건을 발견하지 못했을 것”이라고 말했습니다. “우리는 7년 동안 ZTF로 하늘을 관찰해왔기 때문에 무언가 불타오르거나 변화하는 것을 보면 그것이 과거에 무엇을 했는지, 어떻게 진화할 것인지 알 수 있습니다.”

발견 뒤에 숨은 팀

“초거대 블랙홀에서 기록된 극도로 빛나는 플레어”라는 제목의 이 연구는 NSF, 시몬스 재단, NASA 및 독일 연구 재단의 지원을 받았습니다. 공동 저자로는 Caltech 연구원 Andrew Drake, Yuanze Ding(MS ’25), Mansi Kasliwal(PhD ’11), Sam Rose, Jean Somalwar(현재 UC Berkeley의 박사후 연구원), George Djorgovski, Shri Kulkarni 및 Ashish Mahabal이 있습니다. Caltech IPAC 천문학 센터의 Tracy Chen과 Steven Groom; NASA 제트추진연구소(Caltech 관리)의 Daniel Stern. 추가 기여자에는 Barry McKernan(CUNY 대학원 센터, Manhattan Community College 자치구 및 AMNH); Matteo Cantiello(Flatiron 연구소 및 프린스턴 대학교); 마이크 코스(Eureka Scientific); Raffaella Margutti(UC 버클리); Phil Wiseman(영국 사우샘프턴 대학교); Patrik Veres(독일 루르대학교); 및 Eric Bellm(워싱턴 대학교).

Caltech의 ZTF는 Heising-Simons Foundation 및 Caltech의 추가 지원과 함께 NSF 및 국제 파트너의 자금을 지원받습니다. 데이터는 Caltech의 IPAC에 의해 처리 및 보관되며 NASA는 Near-Earth Object Observations 프로그램을 통해 ZTF의 지구 근처 개체 검색에 자금을 지원합니다.

당뇨병 환자의 수는 2045년까지 7억 5천만 명으로 증가할 것으로 예상됩니다. 현대 약물은 증상을 조절할 수 있지만 많은 약물은 부작용이 있으며 대사 불균형의 근본 원인을 해결하지 못합니다. 이로 인해 과학자들은 새로운 치료 옵션을 찾기 위해 자연의 약품 캐비닛을 다시 방문하게 되었습니다. 그 중에는 니트라리아 로보로프스키 콤중국 서부의 혹독한 사막에서 자라는 튼튼한 관목입니다. 때때로 “사막 체리”로 알려진 밝은 빨간색 과일은 수세기 동안 지역 사회에 영양을 공급하고 치유해 왔습니다. 최근에야 연구자들이 전통적인 사용의 이면에 있는 생물학적 메커니즘을 밝혀내기 시작하여 그 잠재력에 대한 체계적인 과학적 조사가 촉발되었습니다.

획기적인 연구를 통해 잠재적인 당뇨병 퇴치 효과가 확인되었습니다

칭하이 대학교와 북서 고원 생물학 연구소의 공동 연구는 다음과 같이 발표되었습니다. 중국현대응용약학저널과일의 효과에 대한 강력한 실험적 증거를 제공했습니다. 과학자들은 잘 통제된 실험을 통해 7주에 걸쳐 당뇨병이 있는 쥐를 대상으로 농축된 형태의 추출물(NRK-C)을 테스트했습니다. 그 결과는 놀라웠습니다. 이 화합물은 혈당을 낮추고 인슐린 반응성을 향상시켰을 뿐만 아니라 이전에 제대로 탐구되지 않았던 생물학적 경로를 통해 더 광범위한 대사 장애를 해결했습니다.

사막 베리가 대사 균형을 회복하는 방법

상세한 분석을 통해 추출물의 인상적인 효능 범위가 밝혀졌습니다. 7주 동안 NRK-C는 당뇨병이 있는 쥐의 공복 혈당 수치를 30~40% 감소시켰으며, 더 높은 용량에서 더 강한 결과를 보였습니다. 또한 치료받지 않은 동물에 비해 인슐린 민감도가 약 50% 향상되었습니다. 이러한 개선 외에도 이 추출물은 콜레스테롤의 균형을 맞추고 산화 스트레스 지표를 60%까지 낮췄습니다. 이는 단일 치료 화합물로서는 드문 일입니다.

추가 조사에 따르면 NRK-C는 당뇨병에서 종종 분해되는 중요한 대사 회로인 PI3K/AKT 신호 전달 경로를 재활성화함으로써 작동하는 것으로 나타났습니다. 이러한 재활성화는 포도당과 지방 대사를 조절하는 신체의 능력을 “재부팅”하는 것으로 보입니다. 현미경 검사는 치료받지 않은 쥐에 비해 치료받은 쥐의 간 및 췌장 조직 구조가 더 건강하다는 사실을 밝혀 이러한 발견을 뒷받침했습니다. 종합해보면, 이러한 발견은 이 화합물이 단순히 증상을 가리는 것이 아니라 신체가 대사 기능을 재설정하는 데 도움이 된다는 것을 시사합니다. 자연적으로 광범위한 효과는 많은 의약품의 좁은 표적 메커니즘과 뚜렷한 대조를 이룹니다.

전문가의 통찰력: 당뇨병 치료에 대한 전체적인 접근 방식

해당 프로젝트의 수석 연구원인 Yue Huilan 박사는 “이러한 결과는 당뇨병을 보다 전체적으로 치료할 수 있음을 시사하므로 매우 흥미롭습니다.”라고 말했습니다. “대부분의 약물처럼 단순히 혈당을 낮추는 대신 이 식물 추출물은 신체가 자연적인 대사 균형을 회복하도록 돕는 것으로 보입니다. 그 의미는 당뇨병을 넘어 인슐린 저항성과 관련된 다른 질환까지 확장될 수 있습니다.” 연구팀은 인간을 대상으로 한 실험이 여전히 필요하다고 강조했지만, 이번 연구 결과는 당뇨병 치료에 대한 보다 자연스럽고 포괄적인 접근 방식을 향한 고무적인 움직임을 나타냅니다.

이 발견은 몇 가지 유망한 연구 방향을 열어줍니다. 제약 개발자는 보충제 또는 보조 요법으로 표준화된 NRK-C 추출물을 추구할 수 있으며, 영양 전문가는 대사 건강을 목표로 하는 기능성 식품에 과일을 추가하는 방법을 모색할 수 있습니다. 그 결과는 또한 전통 의학 지식에 대한 현대 과학적 지원을 제공하여 고대 의료와 현대 의학을 연결하는 데 도움이 됩니다. 연구자들은 특히 NRK-C가 고위험 개인의 당뇨병을 예방하거나 이미 당뇨병을 앓고 있는 사람들의 합병증을 줄이는 데 도움이 될 수 있는지 확인하고 싶어합니다.

보다 광범위하게, 이번 연구 결과는 전통 약용 식물을 보존하고 연구하는 것의 가치를 강조하며, 그 중 다수는 현대 건강 문제를 해결하기 위한 미개발 잠재력을 갖고 있을 수 있습니다. 자연에는 아직도 재발견되기를 기다리는 치유의 비밀이 많이 남아 있는 것 같습니다.

“카멜리드 나노바디는 뇌 질환에 대한 생물학적 치료법의 새로운 시대를 열고 치료법에 대한 우리의 생각에 혁명을 일으켰습니다.”라고 프랑스 몽펠리에 소재 국립과학연구소(CNRS)의 공동 교신 저자인 Philippe Rondard는 말했습니다. “우리는 이들이 기존 항체와 소분자 사이에서 새로운 종류의 약물을 형성할 수 있다고 믿습니다.”

나노바디가 발견된 방법

나노바디는 1990년대 초 낙타류의 면역 체계를 연구하는 벨기에 과학자들에 의해 처음으로 확인되었습니다. 그들은 2개의 중쇄와 2개의 경쇄로 구성된 표준 항체 외에도 낙타과 동물이 중쇄만으로 구성된 더 간단한 버전도 생산한다는 사실을 발견했습니다. 현재 나노바디로 알려진 이 항체의 작고 활성 단편은 일반적인 항체 크기의 약 1/10입니다. 이러한 독특한 분자는 일부 연골 어류에는 존재하지만 다른 포유동물에서는 관찰되지 않았습니다.

항체 기반 약물은 암 및 자가면역 질환과 같은 질병을 치료하는 데 널리 사용되지만 뇌 장애를 해결하는 데는 제한적인 성공을 거두었습니다. 특정 알츠하이머 치료와 같이 일부 이점을 제공하는 소수의 항체 치료법조차도 종종 원치 않는 부작용과 관련이 있습니다.

연구진에 따르면 나노바디의 컴팩트한 구조는 뚜렷한 이점을 제공합니다. 크기가 작기 때문에 혈액뇌관문(Blood-Brain Barrier)을 통과하여 표적에 더 효율적으로 작용할 수 있어 부작용이 줄어들고 결과가 개선될 수 있습니다. 이전 연구에서 나노바디는 정신분열증 및 기타 신경 장애가 있는 마우스 모델에서 정상적인 행동을 회복시키는 것으로 나타났습니다.

나노바디가 뇌에서 작동하는 방식

“이들은 수동적으로 뇌에 들어갈 수 있는 가용성이 높은 작은 단백질입니다.”라고 공동 교신저자인 CNRS의 Pierre-André Lafon은 설명합니다. 반면에 혈액뇌관문을 통과하도록 설계된 소분자 약물은 본질적으로 소수성이어서 생체 이용률을 제한하고 표적을 벗어난 결합 위험을 높이며 부작용과 관련이 있습니다.”

독특한 생물학적 특성 외에도 나노바디는 기존 항체보다 생산 및 정제가 더 간단합니다. 또한 뇌의 특정 분자를 표적으로 삼도록 정밀하게 설계되고 미세 조정될 수도 있습니다.

나노바디 기반 약물을 인간 임상 시험에서 테스트하려면 몇 가지 주요 단계를 완료해야 합니다. 연구팀은 독성학 연구와 장기적인 안전성 평가가 필수적이라고 지적합니다. 또한 만성 투여의 영향을 이해하고 나노바디가 뇌에서 얼마나 오랫동안 활성 상태로 유지되는지 확인해야 합니다(정확한 투여 전략을 개발하기 위한 중요한 단계).

“나노바디 자체에 관해서는 안정성을 평가하고 적절한 접힘을 확인하며 응집이 없는지 확인하는 것도 필요합니다”라고 Rondard는 말했습니다. “장기 보관 및 운송 중에 활성을 유지하는 임상 등급 나노바디와 안정적인 제제를 얻는 것이 필요할 것입니다.”

임상 적용을 향한 움직임

Lafon은 “우리 연구실은 이미 몇 가지 뇌 침투 나노바디에 대한 이러한 다양한 매개 변수를 연구하기 시작했으며 최근 치료 조건이 만성 치료와 양립할 수 있다는 것을 보여주었습니다.”라고 덧붙였습니다.

이 연구는 프랑스 국립 연구 기관(ANR-20-CE18-0011; ANR-22-CE18-0003; ANR-25-CE18-0434), 프랑스 국립 연구 기관, 몽펠리에 대학교, 국립 과학 연구 센터(CNRS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale(INSERM)의 지원을 받았습니다. (FRM EQU202303016470 및 FRM PMT202407019488), LabEX MAbImprove(ANR-10-LABX-5301), 개념 증명 Région Occitanie 및 기술 기관 SaTT AxLR Occitanie의 이전.