아마테라스 우주입자 미스터리 : 우주에서 온 초고에너지 충격

10월 11, 2025

안녕하세요, 제이원입니다.

초고에너지 우주입자 아마테라스(Amaterasu) 발견은 현대 천체물리학에 던진 충격이다. 이 입자가 가진 의미와 미스터리, 가능성까지 한눈에 읽는 요약하겠습니다.

미국 유타주의 텔레스코프 어레이(Telescope Array) 관측소는 단 하나의 입자를 감지했습니다. 이 입자의 에너지는 무려 약 244 EeV (엑사전자볼트)로, 이는 인류가 만든 가장 강력한 입자 가속기의 출력보다 수십 배 더 강력한 수준입니다.

이 사건은 2023년 국제 공조로 발표되었고, 발견자들은 이 입자에 일본 신화의 태양 여신 이름인 “아마테라스(Amaterasu)”를 붙였습니다.
이 입자는 에너지가 엄청나지만, 무엇보다 기원이 미스터리하다는 점에서 천체물리학계에 강한 반향을 일으켰습니다.

고에너지 우주입자가 대기권에 들어와 2차 입자를 일으키는 모습

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목 차

1. 아마테라스 우주입자란?

2. 어디서 왔을까? 미스터리한 기원 탐사

3. 우주 물리학에 주는 의미와 앞으로의 전망

1. 아마테라스 우주입자란? 🪐

1.1 발견 배경과 명명

2021년 5월 27일, 미국 유타주 사막 한가운데 위치한 텔레스코프 어레이(Telescope Array) 관측소는 역사상 가장 강력한 우주입자 중 하나를 포착했습니다.
이 입자는 지구 대기권에 진입하면서 대기 분자와 충돌해 “에어 샤워(Air Shower)”라 불리는 폭발적인 2차 입자 폭풍을 만들어냈습니다.
연구진은 이 엄청난 에너지를 가진 입자에 일본 신화 속 태양 여신의 이름을 빌려 ‘아마테라스(Amaterasu)’라 명명했습니다.
이는 마치 태양이 새벽을 밝히듯, 우주의 새로운 비밀을 밝히는 상징적인 의미를 담고 있습니다.

이 입자의 발견은 우주선 연구 역사에서 매우 드문 사건으로 기록되었습니다.
비슷한 사례로 1991년 발견된 “오마이갓 입자(Oh-My-God Particle)”가 있었지만, 아마테라스 입자는 그에 필적하거나 그 이상일 정도로 강력해 학계의 관심을 폭발적으로 모았습니다.

1.2 에너지 수준과 특징

아마테라스 우주입자는 에너지 244 EeV(엑사전자볼트)를 가진 초고에너지 입자로, 이는 10²⁰전자볼트(1e20 eV) 이상, 즉 인류가 인공적으로 생성할 수 있는 가장 강력한 입자 가속기인 CERN의 LHC(대형 강입자 충돌기)보다 수십 배 강력한 수준입니다.

이 입자가 가진 에너지는 축구공을 손끝으로 던지는 힘보다 미세하지만, 단 한 개의 소립자가 그 에너지를 품고 있다는 점이 경이롭습니다.
물리학자들은 이 정도 에너지의 입자가 우주를 어떻게 통과해왔는지, 또 지구 대기까지 손실 없이 도달한 이유를 규명하기 위해 다양한 시뮬레이션을 수행하고 있습니다.

현재까지 밝혀진 바로는, 아마테라스 입자는 광자나 중성자보다 무거운 하드론(hadron) 계열의 입자일 가능성이 높으며, 기존 우주선 모델로는 설명되지 않는 새로운 물리 현상의 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대됩니다.

텔레스코프 어레이(Telescope Array) 관측소의 전경

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2. 어디서 왔을까? 미스터리한 기원 탐사

2-1 내비게이션 방향과 로컬 보이드

아마테라스 입자의 입사 방향을 추적했더니, 놀랍게도 “로컬 보이드(Local Void)”, 즉 우리 은하 근처의 거의 빈 공간 쪽에서 온 것으로 보였다.
그런데 그 지역에는 알려진 강한 에너지를 발산할 천체가 없다. 이 점이 가장 큰 미스터리다.

2-2 은하핵, 감마선 폭발 등 후보 천체

전통적으로 초고에너지 우주입자의 후보로는 활동성 은하핵(AGN), 감마선 폭발(GRB), 또는 별 폭발 초신성 등이 제안된다. 그러나 아마테라스의 방향과 에너지를 고려하면, 이 후보 천체들은 설득력이 약하다.
일부 연구팀은 M82 은하 등을 후보로 제안하기도 하지만, 확정되지는 못했다.

2-3 암물질 붕괴, 초대칭 이론 등 대체 가설

천체가 아닌 또 다른 가능성도 있다.
예를 들어, 우리 은하 안팎의 초고질량 암물질(superheavy dark matter) 붕괴 또는 새로운 물리학(예 : 로렌츠 불변성 위반 (LIV), 초대칭 이론 등)이 작용했을 수 있다.
또 다른 흥미로운 가설로는 PEMBH (Primordial Extremely Massive Black Holes) 개입 이론 등이 제안되기도 한다.

우주 입자 에어 샤워 모식도 모습

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3. 우주 물리학에 주는 의미와 앞으로의 전망

3-1 표준모델 경계와 새로운 물리학 가능성

아마테라스처럼 관측된 현상은 현행 표준모델이나 기존 우주론 이론만으로는 완벽히 설명되지 않는다. 따라서 이 사건은 우리에게 새로운 물리학(예: 초대칭, 다중우주, 암물질 상호작용)을 시험할 기회를 준다.
특히 로렌츠 불변성 위반(LIV) 시나리오 연구는 현재 활발히 논의되는 분야다.

라니원

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