중력렌즈로 성간 전력 전달 가능한 이론 제시됐다

미항공우주국 나사(NASA) 제트추진연구소 우주구조연구그룹 연구팀이 몇 광년 앞까지 전력을 전달하는 성간 전력 전달을 위한 중력 렌즈라는 논문을 공개했다. 연구팀에 따르면 논문에서 제시한 이론에 대한 포괄적인 분석은 아직 이뤄지지 않았지만 현재 과학 수준에서 생각해 실현 가능한 이론으로 생각된다고 한다.

항성이나 은하 등이 발하는 빛은 진행상에 있는 천체 중력장 영향으로 왜곡된 시공을 통과할 때 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따라 구부러진다. 이 때 빛은 광학 렌즈를 통과할 때와 같은 구부러지는 방법을 취하기 때문에 도착한 상이 활 모양으로 왜곡되어 보이거나 더 먼 작은 상을 확대해 볼 수 있어 광학 렌즈 같은 효과를 발휘한다. 이는 중력 렌즈 효과라고 불리며 과거에는 주위에 천체가 없기 때문에 관측이 어려운 블랙홀을 5,150광년 앞으로 관측할 수 있거나 27억 광년 떨어진 은하 블랙홀을 발견하는 것 같은 연구 성과가 나타났다.

일부 연구자는 태양을 태양중력렌즈 SGL로 이용해 천문학이나 지구 외 생명체 탐색에 응용하는 연구를 진행하고 있으며 과거에는 중력 렌즈로 무선 신호를 확대해 성간 네트워크를 구축하는 논문도 발표되고 있다. 연구팀은 2023년 11월 발표한 논문에서 항성 중력 렌즈를 이용해 별에서 별로 전력을 전달하는 이론을 제기하고 있다. 논문은 온라인으로 공개되어 있으며 미국물리학회가 발행하는 과학학술지 피지컬리뷰 게재를 위해 심사가 이뤄지고 있다.

논문에선 별 중력 초점을 이용해 에너지를 집중시켜 다른 별계에 빔을 조사하는 형태로 전력을 전송하는 방법을 검토하고 있다. 연구팀에 따르면 행성간 통신에 사용되는 것 같은 장치를 전달하는 빔 규모에 맞춰 구축해 항성 중력 렌즈 한 쌍이 성간 거리에서 빛의 상 뿐 아니라 에너지를 전달 가능할 수 있다는 것.

이 연구는 SGL에 대한 이전 연구에서 얻은 분석 도구를 이용해 전달되는 빛과 에너지가 어떻게 증폭되는지를 조사한다. 연구팀은 동력 전달을 연구하기 위한 분석 도구가 개발되지 않았기 때문에 SGL 전달 능력에 관한 주제를 오랫동안 피해왔다며 하지만 많은 관련성이 있는 중요한 주제에 대해 연구가 진행되고 있으며 이 연구로 이어졌다고 밝히고 있다.

이 연구는 먼저 SGL에 대한 이전 연구에서 얻은 분석 도구를 통해 중력 렌즈 시스템에서 빛이 어떻게 증폭되고 전달되는지 재검토했다. 이어 같은 방법을 자유 공간에 배치한 레이저 출력 장치에 응용하는 시나리오를 구축하고 중력 렌즈 이론을 적용하고 있다. 결론적으로 중력 렌즈 초점 영역에 배치된 레이저 출력 장치는 수신기가 몇 광년부터 수신한 파워를 증폭할 수 있어 SGL을 사용해 빔으로 전력을 공급하면 통신, 전력 공급을 할 수 있다고 결론지었다.

중력 렌즈를 이용해 통신, 전력 공급을 몇 광년 앞까지 실시할 수 있다고 하면 성간 탐사를 장기간에 걸쳐 실시할 수 있는 것 외에 테라포밍에 충분한 에너지를 확보할 수 있다. 연구팀은 단지 실현 가능성을 보여줬지만 이는 관련 물리학에만 초점을 맞추고 비추측적 방식으로 모든 주제를 다룬 첫 논문이 된다며 기계나 렌즈 한 쌍, 수신기 위치에 따른 어긋남, 렌즈 내부 구조를 특징짓는 모멘트 존재 등 더 많은 주제를 검토할 필요가 있는 이론이라고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.