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[IT뉴스]블랙홀 주변 극한 물리현상, 실험실서 재현 성공

온카뱅크관리자

2026-07-10 13:57:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 펜로즈-젤도비치 과정, 실제 초고속 회전 없이 구현 
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 <img alt="회전하는 블랙홀에서 에너지를 추출할 수 있다는 펜로즈 제안의 개념도. 입자(파랑)가 블랙홀에 의해 빠르게 회전하는 에르고스피어 영역에 들어가면 두 부분(빨강, 초록)으로 갈라진다. Hadiseh Nasari et al./네이처 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/dongascience/20260710135210981nnvd.png" data-org-width="680" dmcf-mid="tIH9UMOcMD" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/dongascience/20260710135210981nnvd.png" width="658">
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 회전하는 블랙홀에서 에너지를 추출할 수 있다는 펜로즈 제안의 개념도. 입자(파랑)가 블랙홀에 의해 빠르게 회전하는 에르고스피어 영역에 들어가면 두 부분(빨강, 초록)으로 갈라진다. Hadiseh Nasari et al./네이처 제공
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 50여년 전 제안된 블랙홀 에너지 추출 이론이 실험실에서 구현됐다. 블랙홀 주변의 극한 물리 현상을 실험실에서 연구할 수 있는 길을 연 성과로 향후 광학·양자 기술에서 응용될 것으로 기대된다.
 미국 뉴욕시립대 대학원 첨단과학연구센터(CUNY ASRC) 연구팀은 실제 물체를 초고속으로 회전시키지 않고도 블랙홀 주변에서 예측된 파동 증폭 현상을 실험실에서 구현한 연구결과를 8일(현지시간) 국제학술지 '네이처'에 발표했다.
 연구의 출발점은 영국 물리학자 로저 펜로즈가 1969년 제안한 '블랙홀 에너지 추출 이론'이다. 펜로즈는 블랙홀에서 막대한 양의 에너지를 얻을 수 있다고 주장했다.
 일명 '펜로즈 과정'은 블랙홀의 영향으로 빠르게 회전하는 블랙홀 주변 영역인 '에르고스피어'에 입자가 들어가면 두 조각으로 나뉘며 한 조각은 블랙홀 안으로 떨어지지만 다른 조각은 원래보다 더 큰 에너지를 갖고 빠져나온다고 설명했다.
 이후 소련 물리학자 야코프 젤도비치는 펜로즈의 이론을 발전시켜 충분히 빠르게 회전하는 물체와 파동이 상호작용하면 파동이 회전 에너지를 빼앗아 증폭될 수 있다고 예측했다.
 지금까지 이같은 현상을 실험실에서 구현하기는 어려웠다. 물체를 실제로 매우 빠르게 회전시키는 데 한계가 있기 때문이다.
 연구팀은 물체 자체를 회전시키는 대신 공간과 시간에 따라 성질이 변하는 특수 장치를 만들어 전자기파가 마치 초고속 회전 물체와 상호작용하는 것처럼 느끼도록 설계했다.
 연구팀은 고리 모양으로 배치된 전자 공진기 네트워크를 제작했다. 공진기는 특정 주파수의 전기 신호나 파동에 맞춰 강하게 진동하도록 설계된 장치다. 공진기를 정교한 시간 순서에 맞춰 빠르게 조절하면 장치 주변을 따라 움직임 패턴이 형성된다. 장치 자체는 정지해 있지만 전자기파 입장에서는 장치가 초고속으로 회전하는 것처럼 작용한다.
 실험 결과 특정한 회전 특성을 가진 전자기파가 합성 회전 장치에서 에너지를 얻어 증폭됐다. 펜로즈-젤도비치 과정의 핵심 물리가 재현된 것이다.
 연구팀은 "실제 블랙홀을 만들거나 물체를 초고속으로 회전시키지 않고도 회전하는 천체 주변에서 일어날 수 있는 파동 증폭 현상을 실험실에서 관측하는 데 성공한 것"이라고 설명했다. 연구자들이 실제 물체의 기계적 회전 속도 한계를 넘어서 극한 회전 물리 현상을 연구할 수 있는 새로운 방법을 제공한다는 평가다.
 하디세 나사리 CUNY ASRC 박사후연구원은 “극한 회전 동역학에 관한 아이디어를 이론에서 실험으로 발전시켰다”라며 “천체물리학·파동 물리학·양자과학의 접점에서 다양한 현상을 탐구할 수 있는 실험 플랫폼을 만들었다”고 말했다.
 연구팀은 연구결과를 실제 기술로 응용하기 위해 추가 연구가 필요하다고 밝혔다. 같은 개념을 광기술이나 양자 플랫폼으로 확장하면 빛을 조작하고 정보를 처리하며 우주 극한 환경에서 나타나는 파동 현상을 연구하는 새로운 방법으로 이어질 수 있을 것으로 전망했다.
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1038/s41586-026-10725-y
 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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