블로그

“대형 위성 위성부터 미래의 달 및 화성 임무에 이르기까지 우주 활동이 가속화됨에 따라 우리는 탐사가 지구에서 저지른 실수를 반복하지 않도록 해야 합니다”라고 서리 대학의 수석 저자이자 화학 엔지니어인 Jin Xuan은 말합니다. “진정으로 지속 가능한 우주 미래는 기술, 재료, 시스템이 함께 작동하는 것에서 시작됩니다.”

늘어나는 잔해와 버려진 위성 문제

환경 피해는 발사 후에도 오랫동안 계속됩니다. 대부분의 우주선과 위성은 재활용되지 않습니다. 이는 임무가 끝나면 많은 양의 재료가 영구적으로 손실된다는 것을 의미합니다. 많은 오래된 위성이 “묘지 궤도”로 이동하는 반면 다른 위성은 표류하는 궤도 잔해가 되어 활성 시스템의 작동을 방해할 수 있습니다.

저자들은 특히 민간 우주 임무의 속도가 증가함에 따라 이러한 접근 방식이 계속될 수 없다고 주장합니다. 이들은 재사용, 수리, 재활용을 염두에 두고 자재와 장비를 만드는 모델인 순환 공간 경제의 필요성을 강조합니다. 그들은 또한 개인 전자 제품 및 자동차 제조와 같은 산업이 이미 유사한 아이디어를 채택하여 상당한 성공을 거두었다고 지적합니다.

“우리의 동기는 순환성에 대한 대화를 오랫동안 지연되어 온 우주 영역으로 가져오는 것이었습니다.”라고 Xuan은 말합니다. “순환 경제 사고는 지구상의 재료와 제조를 변화시키고 있지만 위성, 로켓 또는 우주 서식지에는 거의 적용되지 않습니다.”

3R을 우주선, 위성, 우주정거장에 적용

팀에 따르면 순환 우주 경제의 기초는 3R(줄이기, 재사용, 재활용)에 있습니다. 폐기물을 줄이는 것은 더 오래 지속되고 우주에서 더 쉽게 고정될 수 있는 위성과 우주선을 만드는 것부터 시작됩니다. 그들은 또한 우주정거장을 우주선에 연료를 공급하거나, 수리를 받거나, 새로운 부품을 제조할 수 있는 다기능 센터로 전환하여 필요한 발사 횟수를 줄일 것을 제안합니다.

저자들은 재사용을 위해 우주선과 우주정거장을 지구로 안전하게 가져오려면 낙하산과 에어백과 같은 기술을 포함한 더 나은 복구 시스템이 필요하다고 덧붙였습니다. 그들은 극한의 온도와 방사선으로 인해 우주 장비가 상당한 마모를 겪기 때문에 재사용하려는 모든 부품은 엄격한 안전 점검을 통과해야 한다고 지적합니다.

궤도 잔해 회수 및 보다 안전한 우주 작전을 위한 첨단 기술 활용

연구원들은 또한 로봇 팔이나 그물을 사용하여 파편을 수집하여 재료를 재활용하는 등 궤도 잔해를 수집하기 위한 새로운 노력을 권장합니다. 이는 또한 더 많은 잔해를 생성하는 충돌을 방지하는 데 도움이 됩니다.

저자는 데이터 기반 도구가 이러한 전환에서 중요한 역할을 할 것이라고 말합니다. 우주선에서 수집된 정보는 설계 개선을 유도하고 낭비를 줄이는 데 도움이 될 수 있으며, 시뮬레이션 도구는 값비싼 물리적 테스트의 필요성을 줄일 수 있습니다. 그들은 AI 시스템이 우주선과 위성이 실시간으로 위험한 잔해를 피하는 데 도움이 될 수 있다고 덧붙였습니다.

혁신과 글로벌 협력을 통해 우주 시스템 전체를 변화시킵니다.

저자들은 순환 우주 경제가 우주 부문의 작동 방식에 큰 변화를 가져온다는 점을 강조합니다. 단일 하드웨어에 초점을 맞추는 대신 사용되는 재료부터 우주선 작동 및 퇴역 방법까지 전체 시스템을 한 번에 고려해야 합니다.

Xuan은 “궤도에서 재사용 또는 재활용할 수 있는 재료와 폐기 대신 업그레이드할 수 있는 모듈식 우주선부터 우주에서 하드웨어의 수명을 추적하는 데이터 시스템에 이르기까지 모든 수준에서 혁신이 필요합니다.”라고 말합니다.

“그러나 마찬가지로 중요한 것은 지구 너머의 재사용과 복구를 장려하기 위한 국제 협력과 정책 프레임워크가 필요하다는 것입니다. 다음 단계는 지속 가능성을 우주의 기본 모델로 전환하기 위해 화학, 디자인 및 거버넌스를 연결하는 것입니다.”

이 연구는 영국 공학 및 물리 과학 연구 위원회, Leverhulme Trust 및 Surrey-Adelaide Partnership Fund의 지원을 받았습니다.

극도로 희미하고 먼 빛을 감지할 수 있는 NASA의 제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 이 발견을 가능하게 했습니다. 강력한 적외선 비전을 통해 연구원 Rashi Jain과 Yogesh Wadadekar는 우주 나이가 대략 현재 나이의 10분의 1일 때 형성되었음에도 불구하고 은하수와 매우 유사한 시스템을 관찰했습니다. 그들은 은하수를 만다키니(Mandakini)와 함께 강가(Ganga)의 쌍둥이 상류 중 하나인 히말라야 강에서 영감을 받아 은하수 이름을 알라크난다(Alaknanda)라고 명명했습니다. 이 이름은 은하수를 뜻하는 힌디어 단어이기도 합니다.

이번 연구는 인도 푸네에 위치한 타타 기초연구연구소(NCRA-TIFR) 산하 국립전파천체물리센터에서 수행됐으며 그 결과는 유럽 저널에 게재됐다. 천문학 및 천체 물리학.

이 은하가 그렇게 일찍 존재해서는 안 되는 이유

천문학자들은 일반적으로 초기 은하가 구조화되고 안정적이기보다는 혼란스럽고 불규칙하게 보일 것으로 예상합니다. 두 개의 모양이 좋은 나선팔(‘대설계’ 나선은하로 알려짐)을 가진 고전적인 나선은하는 완전히 발달하려면 수십억 년이 걸릴 것으로 생각됩니다. 그러한 은하를 형성하려면 느리고 꾸준한 가스 강착, 해당 가스가 회전하는 원반에 침전되고 나선형 팔을 형성하는 밀도파의 출현이 필요합니다. 또한 시스템은 섬세한 구조를 방해하거나 파괴할 수 있는 주요 충돌을 피해야 합니다.

Alaknanda는 이 패턴에 전혀 맞지 않습니다. 그것은 이미 약 30,000 광년에 걸쳐 뻗어 있는 밝은 중앙 돌출부를 둘러싸고 있는 눈에 띄게 휘날리는 두 개의 팔을 보여줍니다. 또한 매년 약 60개의 태양에 해당하는 질량을 생성하는 놀라운 속도로 별을 형성하고 있습니다. 그 속도는 오늘날 은하수보다 약 20배 빠릅니다. 알라크난다의 별 중 대략 절반은 불과 2억년 이내에 형성된 것으로 보이며, 이는 우주 시간 규모로 볼 때 매우 빠른 속도입니다.

“Alaknanda는 우리가 수십억 년 더 오래된 은하와 연관되는 구조적 성숙도를 가지고 있습니다”라고 Rashi Jain은 말합니다. “이 시대에 이렇게 잘 조직된 나선 원반을 발견한 것은 은하 형성을 주도하는 물리적 과정(가스 강착, 원반 정착 및 나선형 밀도파의 발달)이 현재 모델이 예측하는 것보다 훨씬 더 효율적으로 작동할 수 있음을 말해줍니다. 이는 우리가 이론적 틀을 다시 생각하게 만들고 있습니다.”

중력 렌즈가 Alaknanda를 밝히는 데 어떻게 도움이 되었습니까?

Alaknanda는 Abell 2744 또는 Pandora’s Cluster로 알려진 거대한 은하단 방향으로 나타납니다. 성단의 중력은 그 뒤에 있는 은하계의 빛을 휘게 하고 증폭시킵니다. 이 효과를 중력 렌즈라고 합니다. 이러한 자연 확대로 인해 Alaknanda는 약 두 배 더 밝게 나타나 JWST는 나선형 구조를 더 명확하게 볼 수 있습니다.

은하계를 깊이 연구하기 위해 Jain과 Wadadekar는 각각 별도의 빛 조각을 포착하는 최대 21개의 서로 다른 필터를 통해 촬영한 JWST 이미지를 조사했습니다. JWST의 UNCOVER 및 MegaScience 조사의 일부인 이러한 관찰을 통해 연구원들은 은하의 거리, 포함된 먼지의 양, 형성된 별의 수, 시간이 지남에 따라 별 형성 속도가 어떻게 변했는지를 매우 정확하게 확인할 수 있었습니다.

예상보다 빠르게 성장한 우주

JWST는 이미 먼 거리에 있는 놀라울 정도로 성숙한 원반 은하 몇 개를 공개했지만, Alaknanda는 고전적인 그랜드 디자인 나선(두 개의 잘 정의된 대칭 팔을 가진 은하)의 가장 명확한 초기 사례 중 하나로 돋보입니다. 그 존재는 초기 우주가 한때 과학자들이 생각했던 것보다 훨씬 더 발전했다는 증거를 점점 더 늘려주고 있습니다.

“Alaknanda는 초기 우주가 우리가 예상했던 것보다 훨씬 더 빠른 은하 집합이 가능했음을 보여줍니다”라고 Yogesh Wadadekar는 말합니다. “어쨌든 이 은하는 태양 질량 100억 개의 별을 모아서 불과 몇 억 년 만에 아름다운 나선 원반으로 조직했습니다. 이는 우주 기준으로 볼 때 엄청나게 빠른 속도이며 천문학자들은 은하가 어떻게 형성되는지 다시 생각하게 만듭니다.”

연구자들은 이제 무엇이 알라크난다의 나선형 팔을 만들었는지 이해하고 싶어합니다. 한 가지 아이디어는 차가운 가스의 꾸준한 유입으로 인해 밀도파가 자연스럽게 팔 모양을 형성할 수 있다는 것입니다. 또 다른 가능성은 작은 동반은하가 나선 패턴을 촉발할 만큼 가까이 지나갔다는 것이다. 그러나 그러한 조수나선은 일반적으로 빠르게 사라진다. JWST의 분광 장비나 칠레의 ALMA(Atacama Large Millimeter Array)를 사용한 후속 관측을 통해 디스크가 원활하게 회전하는지(동적으로 “차가운”) 또는 난류의 징후(동적으로 “뜨거운”)를 나타내는지 여부를 밝혀 디스크 형성에 대한 단서를 제공할 수 있습니다.

이 발견이 우주 역사를 이해하는 데 의미하는 것

Alaknanda는 먼 과거의 인상적인 이미지 그 이상입니다. 그 존재로 인해 천문학자들은 별, 은하, 그리고 궁극적으로 지구와 같은 행성이 어떻게 탄생했는지를 포함하여 우주 진화의 타임라인을 재평가하게 됩니다. 은하계가 이렇게 빠르게 조직화될 수 있다면 초기 우주는 이전에 가정했던 것보다 훨씬 더 활동적이고 생산적인 환경이었으며 잠재적으로 행성계가 예상보다 일찍 나타날 수 있었습니다.

JWST가 계속해서 공간과 시간 속으로 더 깊이 들어가면서 Alaknanda와 같은 은하계가 더 많이 발견될 가능성이 높으며, 각 은하계는 초기 우주가 복잡한 구조를 얼마나 빠르게 구축했는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

알라크난다의 존재는 젊은 우주가 과학자들이 믿었던 것보다 훨씬 더 일찍 안정적이고 원반 지배적인 시스템을 형성할 수 있었으며 지금까지 확인된 가장 먼 거대 설계 나선 은하 중 하나가 되었다는 사례를 강화합니다.

많은 사회적 동물에서 개인은 집단에 의해 밀려나는 것을 피하기 위해 질병의 징후를 숨기는 경우가 많습니다. 개미 번데기는 매우 다른 경로를 취합니다. 감염에 직면하면 생존할 수 없으며 동료에게 자신이 나타내는 위험을 경고하는 화학적 경보를 생성합니다.

일개미는 경고 신호에 반응합니다

일개미는 이 신호를 감지하자마자 빠르게 움직입니다. 그들은 감염된 번데기의 고치를 열고, 외부 표면에 작은 상처를 낸 다음, 일벌이 직접 생산한 천연 항균 화합물인 개미산을 도포합니다. 이 치료법은 번데기 내부에서 자라는 병원균을 죽이지만 번데기도 죽게 됩니다.

“언뜻보기에 자기희생으로 보이는 것은 실제로 신호 전달자에게도 유익합니다. 많은 유전자를 공유하는 동료를 보호합니다. 말기 개미는 군집에 치명적인 감염에 대해 경고함으로써 군집이 건강을 유지하고 딸 군집을 생성하도록 돕습니다. 이 딸 군집은 신호 전달자의 유전자를 다음 세대에 간접적으로 전달합니다.”라고 Sylvia가 이끄는 Social Immunity 연구 그룹의 전 박사후 연구원인 Erika Dawson은 설명합니다. ISTA의 크레머.

독일 뷔르츠부르크 대학의 화학 생태학자인 토마스 슈미트(Thomas Schmitt)와 함께 수행한 연구는 사회성 곤충에서 이러한 형태의 이타적 질병 신호를 처음으로 기록했습니다. 이러한 경고 시스템이 없으면 죽어가는 개미는 전염성이 매우 높아서 전체 군집을 위협할 수 있습니다. 불치병의 상태를 조기에 알림으로써 식민지는 위협이 확대되기 전에 제거할 수 있습니다.

개미 식민지가 극단적인 협력에 의존하는 이유

군집 규모에서 개미는 다양한 구성원이 집단 생존에 필수적인 역할을 맡는 ‘초유기체’로 기능합니다. Queens는 번식에 중점을 두고 작업자들은 먹이 공급부터 둥지 유지 관리 및 건강 관리에 이르기까지 모든 것을 관리합니다. 이는 생식 세포가 자손을 생성하고 다른 세포가 일상적인 생물학적 작업을 수행하는 인체의 노동 분업을 반영합니다.

유기체와 초유기체는 모두 생식 및 비생식 구성 요소의 긴밀한 협력에 의존합니다. 개미의 경우 이러한 협력은 매우 광범위하여 치명적으로 감염된 새끼를 희생시키는 것과 같이 개인의 희생을 치르더라도 군체에 이익이 되는 행동을 포함합니다.

조기 경고 신호가 필요한 이유

자연스러운 질문은 아픈 개체가 스스로 제거할 수 있다면 왜 개미가 그렇게 정교한 경보 시스템을 진화시켰는가 하는 것입니다. Cremer는 “죽음에 가까워진 성체 개미는 둥지를 떠나 군집 밖에서 죽습니다. 마찬가지로 곰팡이 포자에 노출된 일개미도 사회적 거리두기를 실천합니다.”라고 설명합니다. 하지만 이 옵션은 독립적으로 이동할 수 없는 브루드에게는 사용할 수 없습니다. 신체의 감염된 세포와 마찬가지로 외부의 도움이 필요합니다.

번데기와 체세포 발달은 비슷한 어려움에 직면하고 비슷한 전략을 사용합니다. 둘 다 면역 세포나 일개미를 끌어들이는 화학적 신호를 방출하여 이러한 도우미가 잠재적인 감염 원인을 제거할 수 있도록 합니다. 면역학자들은 이 신호를 “나를 찾아 먹어라 신호”라고 부릅니다.

“신호는 민감하고 구체적이어야 합니다”라고 Cremer는 덧붙입니다. “이것은 모든 불치병 개미 번데기를 식별하는 데 도움이 될 것이지만 건강한 번데기의 포장 풀기 또는 자체 면역 체계로 감염을 극복할 수 있는 번데기를 촉발하지 않도록 충분히 정확해야 합니다.” 이는 어떻게 그러한 정밀도가 달성되는지에 대한 의문을 제기합니다.

감염이 번데기 향기를 변화시키는 방법

사회성 곤충의 화학적 의사소통에 초점을 맞춘 연구를 하고 있는 Schmitt는 일개미가 많은 번데기 중에서 아픈 번데기 한 마리를 표적으로 삼을 수 있다고 지적합니다. “이것은 냄새가 둥지 방을 통해 단순히 확산될 수 없고 병든 번데기와 직접적으로 연관되어야 함을 의미합니다. 따라서 신호는 휘발성 화합물로 구성되지 않고 대신 번데기 몸 표면의 비휘발성 화합물로 구성됩니다.”

번데기가 치명적으로 감염되면 개미의 자연적인 냄새 프로필 중 두 가지 구성 요소가 더 강해집니다. 이러한 냄새 변화가 소독 반응을 촉발하는지 테스트하기 위해 연구자들은 변경된 냄새를 건강한 번데기에 전달하고 작업자의 행동을 모니터링했습니다.

Cremer는 “우리는 신호를 보내는 번데기에서 냄새를 추출하여 건강한 새끼에게 적용했습니다.”라고 말했습니다. 그 결과 냄새만으로도 작업자가 처리된 번데기의 포장을 풀기에 충분하다는 사실이 밝혀졌으며, 말기 감염된 새끼의 변경된 냄새가 감염된 체세포에서 볼 수 있는 “나를 찾아서 먹어라” 신호와 동일한 방식으로 기능한다는 것을 입증했습니다.

특정 번데기만 경고를 보내는 이유

Dawson에 따르면 모든 무리가 이 경보 신호를 보내는 것은 아닙니다. “일개 번데기보다 면역 방어력이 더 강하고 스스로 감염을 제한할 수 있는 여왕 번데기는 군집에 이러한 경고 신호를 보내는 것이 관찰되지 않았습니다.”라고 그녀는 설명합니다. 그러나 일개 번데기에는 이러한 능력이 부족하여 도움을 청하는 신호를 보냈습니다.

감염을 통제할 수 없는 경우에만 신호를 보내 식민지가 실제 위협에만 대응하도록 합니다. 이는 아직 회복할 수 있는 개인의 불필요한 손실을 방지합니다. Cremer는 “개인과 군집 수준 사이의 이러한 정확한 조정이 이타적 질병 신호 전달을 매우 효과적으로 만드는 이유입니다.”라고 결론지었습니다.

동물 연구에 관한 정보

행동 생물학, 면역학, 유전학 등 기본적인 생물학적 과정을 더 잘 이해하려면 동물을 대상으로 한 연구가 필수적입니다. in silico 접근법을 포함한 다른 어떤 방법도 이러한 연구를 완전히 대체할 수 없습니다. 실험에 사용된 모든 동물은 엄격한 법적 규정에 따라 수집, 사육, 취급됩니다.

사람들은 일반적으로 복잡한 눈을 포유류, 새 또는 문어와 연관시킵니다. 그러나 bristleworm과 같은 해양 어닐리드 벌레는 플라티네레이 듀메릴리 척추동물과 두족류의 눈과 유사한 카메라 모양의 눈을 가지고 있으며, 일부 종은 놀라울 정도로 세밀하게 볼 수 있습니다. 과학자들은 이 무척추동물의 눈이 성체가 되어도 어떻게 계속 자라는지 오랫동안 궁금해해 왔습니다. 비엔나 대학, 브레머하펜의 알프레드 베게너 연구소, 올덴부르크 대학의 공동 팀은 이 질문을 조사하기 시작했고 전통적인 가정에 도전하는 발견을 발견했습니다.

평행 진화와 숨겨진 성장 영역

척추동물과 무척추동물의 카메라형 눈은 유사한 생물학적 요구에 대한 유사한 솔루션으로 독립적으로 발생하는 병렬 진화의 고전적인 예입니다. 이러한 눈이 성숙 후에도 어떻게 계속 발달하는지 이해하기 위해 연구자들은 성인의 눈을 조사했습니다. 플라티네레이스광수용체와 뇌 진화를 연구하기 위한 잘 확립된 모델 유기체입니다.

제1저자인 비엔나 대학교 신경과학 및 발달 생물학과의 Nadja Milivojev는 단일 세포 RNA 시퀀싱을 사용하여 줄기 세포와 관련된 분자 특징을 식별하고 벌레 망막에서의 위치와 행동을 도표화했습니다. 그녀의 연구는 성인의 눈이 확장될 때마다 분열하는 신경 줄기 세포로 촘촘하게 채워져 있는 망막 가장자리를 따라 뚜렷한 영역을 밝혀냈습니다. Milivojev는 “일부 척추동물 그룹이 평생 동안 눈의 성장을 위해 망막 줄기 세포를 유지하는 곳인 벌레의 망막 가장자리에서 분열하는 세포를 발견한 것은 놀랍습니다.”라고 말합니다.

“섬모변연부”로 알려진 이 영역은 지속적인 눈 성장을 지원하는 것으로 여겨지며, 현재 강모충 망막에서도 관찰되는 패턴입니다. 선임 저자인 비엔나 대학의 Florian Raible은 어류와 양서류와 같은 척추동물에서 유기체가 계속 성장하는 동안 이 영역이 새로운 망막 뉴런을 생성한다고 지적합니다. 그는 “놀랍게도 Nadja의 연구는 강모벌레의 눈이 새로운 광수용체 세포를 추가하고 크기를 확장할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 이는 척추동물 계통 밖에서는 잘 연구되지 않은 특성입니다.”라고 설명합니다.

눈 발달의 빛 반응 메커니즘

연구팀은 또한 벌레 주변의 빛이 눈 성장을 조절하는 데 직접적인 역할을 한다는 사실도 발견했습니다. 유전적 및 분자적 분석을 통해 c-opsin이라는 빛에 민감한 단백질이 이러한 효과를 담당한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 분자는 척추동물의 간상세포와 원추세포에서도 발견됩니다. 이전 연구에서는 벌레의 눈이 다른 종류의 옵신에 의존한다고 제안했기 때문에 척추동물 유형의 c-옵신의 존재는 예상치 못한 발견이었습니다. Milivojev와 동료들은 이 분자가 벌레의 광수용체 세포의 초기 전구체에 나타나는 것을 확인했으며, 이는 빛 노출과 줄기 세포 활동을 연결하는 분자 스위치 역할을 한다는 것을 나타냅니다. 이러한 결과는 시각 시스템이 빛을 감지할 뿐만 아니라 빛에 반응하여 발달을 조정할 수도 있음을 보여줍니다.

진화적 연결과 새로운 질문

이번 발견은 척추동물과 무척추동물의 눈이 어떻게 계속해서 성장하고 유지되는지 이해하는 데 있어 오랜 격차를 해소합니다. 그것을 보여주는 플라티네레이스 눈은 신경 줄기 세포 고리에 의존하므로 연구자들은 감각 기관의 진화를 안내하는 보편적인 원리를 밝혀내는 데 더 가까이 다가갈 수 있습니다. 결과는 또한 몇 가지 새로운 질문을 제기합니다. 신체의 다른 줄기 세포 집단이 환경 빛에 반응할 수 있습니까? 그리고 인공 조명이 이러한 자연적인 생물학적 과정을 어떻게 방해할 수 있습니까? 연구자들은 벌레의 줄기 세포 시스템을 탐구하는 향후 연구가 이러한 질문에 답하는 데 도움이 되고 신경계가 어떻게 적응하고 스스로 복구하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있기를 바라고 있습니다. 선임 저자인 Kristin Tessmar-Raible(비엔나 대학교, 알프레드 베게너 연구소, 올덴부르크 대학교)은 “생명의 생물학적 복잡성과 인류에 의한 영향의 가능한 결과를 이해하려면 예상치 못한 현상을 밝히기 위한 기초 연구가 필수적”이라고 강조합니다.

요약

• 비엔나 대학과 알프레드-베게너 연구소의 연구원들은 눈과 뇌가 어떻게 발달하고 빛이 시력을 넘어서 생물학에 어떻게 영향을 미치는지 밝히는 데 유용한 모델인 성체 해양 강모를 연구했습니다.
• 연구팀은 눈이 플라티네레이 듀메릴리 벌레의 일생 동안 계속 성장합니다. 이러한 지속적인 성장은 성인이 되어도 눈을 계속 확장하는 특정 척추동물에서 볼 수 있는 성장 영역과 유사한 신경 줄기 세포 고리에 의해 구동됩니다.
• 그들의 연구는 무척추동물과 척추동물의 카메라형 눈이 어떻게 성장하고 스스로를 유지하는지에 대한 오랜 질문을 해결하는 데 도움이 됩니다. 이번 연구 결과는 매우 다른 진화 경로를 거쳐도 많은 동물이 성장과 유연성을 위해 공유된 세포 전략에 의존한다는 것을 시사합니다.
• 그걸 보여주면서 플라티네레이스 눈이 이 줄기세포 고리에 의존하기 때문에 이번 연구를 통해 과학자들은 감각 기관의 진화를 형성하는 보편적인 규칙을 식별하는 데 더 가까워졌습니다.

UC Irvine의 물리학 및 천문학 교수이자 새로운 논문의 교신 저자인 Luis A. Jauregui는 “이것은 물이 액체, 얼음 또는 증기로 존재할 수 있는 방식과 유사한 물질의 새로운 단계입니다.”라고 말했습니다. 실제 검토 편지. “이론적으로만 예측했을 뿐이고 지금까지 누구도 측정한 적이 없습니다.”

이국적인 전자 행동과 엑시톤 형성

이 단계에서는 전자와 양전하를 띤 “정공”이 함께 모여 여기자라고 알려진 특이한 구조를 생성하는 유체와 같은 혼합물을 형성합니다. 이번 발견을 특히 눈에 띄게 만드는 것은 전자와 정공이 같은 방향으로 회전한다는 것입니다. Jauregui는 “그것은 그 자체로 새로운 것입니다.”라고 말했습니다. “우리가 그것을 손에 쥐면 밝은 고주파 빛이 빛날 것입니다.”

이 현상은 이번 연구의 제1저자인 박사후 연구원 Jinyu Liu가 UC Irvine에서 제작한 자료에서 발견되었습니다. Jauregui의 그룹은 강한 자기 조건에서 물질을 연구하는 동안 뉴멕시코의 Los Alamos 국립 연구소(LANL)에서 위상을 감지했습니다.

자기장은 새로운 양자 단계를 유발합니다

이 양자 상태를 생성하려면 물질을 최대 70테슬라의 자기장에 노출시켜야 합니다(비교하면 강력한 냉장고 자석의 자기장은 약 0.1테슬라입니다). 연구팀은 이 물질을 하프늄 펜타텔루라이드(Hafnium Pentatelluride)라고 부릅니다.

자기장이 증가함에 따라 연구진은 재료의 전기 전도성이 급격히 떨어지는 것을 관찰했습니다. Jauregui는 이러한 갑작스러운 변화는 시스템이 이국적인 엑시톤 상태로 전환되었음을 의미한다고 설명했습니다. “이 발견은 신호가 전하가 아닌 스핀에 의해 전달될 수 있게 하여 스핀 기반 전자 장치 또는 양자 장치와 같은 에너지 효율적인 기술을 향한 새로운 경로를 제공할 수 있기 때문에 중요합니다.”

우주 탐사를 위한 방사선 저항 특성

새로 관찰된 이 양자 물질은 방사선의 영향을 받지 않으며, 이는 오늘날 전자 장치에 사용되는 많은 물질과 구별되는 특성입니다. 팀은 이것이 우주 응용 분야에 중요할 수 있다고 믿습니다.

Jauregui는 “우주 임무에 유용할 수 있다”고 말했습니다. “우주에서 오래 지속되는 컴퓨터를 원한다면 이것이 이를 가능하게 하는 한 가지 방법입니다.”

SpaceX와 같은 회사는 화성에 대한 미래의 인간 임무를 위해 노력하고 있으며, 장기간의 우주 비행에는 지속적인 방사선 노출을 처리할 수 있는 전자 장치가 필요합니다.

Jauregui는 “결과적으로 어떤 가능성이 열릴지는 아직 모릅니다.”라고 말했습니다.

이 물질은 대학원생인 Robert Welser와 Timothy McSorley, 그리고 학부생인 Triet Ho의 도움을 받아 Jinyu Liu가 UC Irvine의 테스트 가능한 장치에 합성, 특성화 및 통합했습니다. 이론적 모델링 및 해석은 LANL의 Shizeng Lin, Varsha Subramanyan 및 Avadh Saxena가 기여했습니다. 고자기장 실험은 LANL의 Laurel Winter와 Michael T. Pettes, 플로리다 국립 고자기장 연구소의 David Graf의 지원을 받아 수행되었습니다.

백색 왜성은 두 개의 별이 서로 공전하는 쌍성계에 자주 존재합니다. 이들 쌍의 대부분은 은하계 시간 척도에서 매우 오래되었으며 4,000도 켈빈 근처의 온도로 냉각되었습니다. 그러나 최근 관측을 통해 별들이 한 시간 이내에 궤도를 완료하는 단주기 쌍성군이 발견되었습니다. 이러한 빠르게 움직이는 쌍은 확립된 예측과 일치하지 않습니다. 많은 쌍이 예상 크기의 대략 두 배로 나타나고 온도가 10,000~30,000켈빈 사이이기 때문입니다.

조석 가열의 역할 조사

이러한 예상치 못한 행동으로 인해 교토 대학의 Lucy Olivia McNeill이 이끄는 연구팀은 이러한 시스템에서 조석력의 영향을 조사했습니다. 조수는 종종 가까운 궤도를 공유하는 물체를 왜곡하여 시간이 지남에 따라 해당 궤도가 진화하는 방식에 영향을 미칩니다.

“조석 가열은 뜨거운 목성의 온도와 호스트 별과의 궤도 특성을 설명하는 데 어느 정도 성공했습니다. 그래서 우리는 조석 가열이 단주기 쌍성에서 백색 왜성의 온도를 어느 정도 설명할 수 있는지 궁금했습니다.” 맥닐이 묻습니다.

이 질문을 탐구하기 위해 연구자들은 단주기 쌍성에서 백색 왜성이 얼마나 가열되는지 추정하기 위해 설계된 이론적 모델을 개발했습니다. 이 모델은 널리 적용 가능하도록 제작되어 이러한 시스템에서 백색왜성의 온도 이력과 미래 궤도 변화를 모두 추정할 수 있습니다.

조력이 백색 왜성 진화를 재구성하다

팀의 분석에 따르면 조석 상호 작용은 이러한 별이 어떻게 진화하는지에 중요한 역할을 할 수 있음이 나타났습니다. 특히, 더 작은 백색왜성의 중력은 더 크지만 덜 질량이 큰 동반성 내에서 내부 열을 증가시킬 수 있습니다. 이렇게 추가된 열로 인해 별이 팽창하고 표면 온도가 켈빈 10,000도 이상으로 올라갑니다.

이러한 확장으로 인해 연구자들은 백색왜성이 물질 교환을 시작하는 시점(질량 전달 단계)에서 표준 이론에 의해 예측된 크기의 두 배일 가능성이 있다고 제안합니다. 결과적으로 이러한 짧은 주기 쌍은 과학자들이 이전에 믿었던 것보다 3배 더 긴 궤도 주기에서 상호 작용을 시작할 수 있습니다.

McNeill은 “우리는 조석 가열이 이들 백색 왜성의 온도를 증가시킬 것이라고 예상했지만, 가장 오래된 백색 왜성의 궤도 주기가 로슈 돌출부가 접촉할 때 얼마나 감소하는지 보고 놀랐습니다.”라고 말했습니다.

항성 폭발과 미래 연구에 대한 시사점

극도로 좁은 궤도에 있는 백색 왜성은 결국 상호 작용하여 중력 복사를 방출합니다. 이런 종류의 시스템은 두 가지 극적이고 과학적으로 중요한 우주 사건인 Ia형 초신성과 격변 변수의 가능한 기원으로 간주됩니다.

앞으로 팀은 탄소-산소 백색 왜성으로 만들어진 이진 시스템에 모델을 적용하는 것을 목표로 하고 있습니다. 그들의 목표는 Ia형 폭발로 이어지는 잠재적 경로, 특히 현실적인 온도 예측이 이중 축퇴(병합) 시나리오를 뒷받침하는지 여부를 더 잘 이해하는 것입니다.

최초의 신뢰할 수 있는 대규모 상업용 양자 컴퓨터를 만들기 위한 경쟁이 심화됨에 따라 무시하기 어려운 중요한 문제가 생겼습니다. 이러한 장치가 기존 기계에서는 불가능하다고 생각되는 문제에 대한 답을 제공한다면 그 결과가 올바른지 누가 어떻게 확인할 수 있습니까?

Swinburne University의 최근 연구는 이러한 딜레마를 해결하기 위해 시작되었습니다.

양자 답변을 확인하기 어려운 이유

Swinburne 양자 과학 및 기술 이론 센터의 수석 저자이자 박사후 연구원인 Alexander Dellios는 “답을 얻기 위해 수백만 년, 심지어 수십억 년을 기꺼이 기다리지 않는 한 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터라도 해결할 수 없는 다양한 문제가 존재합니다.”라고 말합니다.

따라서 양자컴퓨터를 검증하기 위해서는 슈퍼컴퓨터가 동일한 작업을 수행할 때까지 수년을 기다리지 않고 이론과 결과를 비교할 수 있는 방법이 필요하다”고 말했다.

연구팀은 GBS(Gaussian Boson Sampler)로 알려진 특정 유형의 양자 장치가 정확한 결과를 생성하는지 확인하기 위한 새로운 기술을 개발했습니다. GBS 기계는 빛의 기본 입자인 광자에 의존하여 가장 빠른 클래식 슈퍼컴퓨터라도 완료하는 데 수천 년이 걸리는 확률 계산을 생성합니다.

새로운 도구로 고급 양자 실험에서 숨겨진 오류 발견

“개발된 방법을 사용하면 노트북에서 단 몇 분만에 GBS 실험이 정답을 출력하는지 여부와 오류가 있는 경우 어떤 오류가 있는지 확인할 수 있습니다.”

그들의 접근 방식을 입증하기 위해 연구자들은 현재 슈퍼컴퓨터를 사용하여 재현하는 데 최소 9,000년이 걸리는 최근 발표된 GBS 실험에 이를 적용했습니다. 그들의 분석에 따르면 결과적인 확률 분포는 의도한 목표와 일치하지 않으며 실험에서 이전에 평가되지 않은 추가 노이즈가 드러났습니다.

다음 단계는 예상치 못한 분포를 재현하는 것 자체가 계산적으로 어려운지 또는 관찰된 오류로 인해 장치의 ‘정확성’이 상실되었는지 여부를 결정하는 것입니다.

신뢰할 수 있는 상업용 양자 기계를 향한 진전

이 조사의 결과는 상업적 용도에 적합한 대규모의 오류 없는 양자 컴퓨터의 개발을 구체화할 수 있으며 Dellios가 이를 주도하는 데 도움이 되기를 희망합니다.

“대규모의 오류 없는 양자 컴퓨터를 개발하는 것은 달성된다면 약물 개발, AI, 사이버 보안과 같은 분야에 혁명을 일으키고 물리적 우주에 대한 이해를 심화시킬 수 있는 엄청난 작업입니다.

“이 작업의 핵심 구성 요소는 양자 컴퓨터를 검증하는 확장 가능한 방법으로, 이러한 시스템에 영향을 미치는 오류와 이를 수정하는 방법에 대한 이해를 높여 ‘양자성’을 유지하도록 보장합니다.”