천문학의 미해결 문제 목록

이 글은 천문학에서 주목할 만한 미해결 문제들의 목록이다. 천문학에서 이러한 미해결 문제들 중 일부는 이론적인 것으로서, 기존의 이론들이 특정한 관찰된 현상이나 실험 결과를 설명할 능력이 없어 보인다는 것을 의미한다. 다른 것들은 실험적인 것으로서, 제안된 이론을 시험하거나 현상을 더 자세히 조사하기 위한 실험을 만드는 데 어려움이 있다는 것을 의미한다. 일부는 일회성 사건, 반복되지 않고 따라서 원인이 불분명하게 남아 있는 특이한 사건들과 관련이 있다.

행성 천문학

외행성

• 우리의 태양계는 얼마나 특이한가? 일부 관측된 행성계에는 (수성보다 더 가까운) 항성에 매우 가까운 궤도를 도는 슈퍼 지구와 핫 주피터가 포함되어 있다. 목성 같은 궤도에 목성 같은 행성을 가진 시스템은 드문 것으로 보인다. 외부 행성을 관찰하기 어려운 점을 감안할 때, 우리의 데이터 부족 때문일까? 아니면 거창한 택 가설에 의해 설명될 수 있을까?^[1]

태양계

• 행성 시스템의 진화:
  • 어떻게 억양이 행성계를 형성하는가?^[2]
  • 지구의 물은 어디에서 왔을까?^[2]
• 궤도 본체 및 회전:
  • 해왕성 너머에 행성이 있을까?
  • 카이퍼 벨트 물체 집단의 긴 궤도에 대한 설명은?^[3]
  • 토성의 회전 속도:
    • 왜 토성의 자기권은 행성의 구름이 회전하는 속도에 가까운 속도로 회전하는가?
    • 토성의 깊은 내부를 실제로 회전하는 속도는 얼마인가?^[4]
• 위성 지형학:
  • 토성의 달 이아페토스의 적도를 바짝 따라가는 높은 산의 사슬의 기원은 무엇일까?
    • 뜨겁고 빠르게 회전하는 젊은 이아페투스의 잔재인가?
    • 시간이 지남에 따라 표면에서 수집되는 물질(토성의 고리 또는 그 자체의 고리 중 하나)의 결과인가?^[5][6]

항성 천문학 및 천체물리학

• 태양 주기:
  • 태양은 어떻게 주기적으로 후진하는 대규모 자기장을 생성하는가?
  • 태양과 같은 다른 별들은 어떻게 자기장을 생성하며, 항성 활동 주기와 태양의 활동 주기의 유사점과 차이점은 무엇인가?^[7]
  • Maunder Minimum과 다른 그랜드 Minima의 원인은 무엇이며, 태양 주기는 최소 상태에서 어떻게 회복되는가?
• Coronal 난방 문제:
  • 태양의 코로나(대기층)는 왜 태양 표면보다 훨씬 더 뜨거운가?
  • 왜 자기 재연결 효과는 표준 모델에서 예측한 것보다 많은 수의 크기 순서가 더 빠른가?
• 우주 날씨 예측:
  • 태양은 어떻게 태양 광학 질량 방출에서 강한 남향 자장을 생성하여 지구자기 폭풍을 일으키는가? 태양과 지자기계의 슈퍼스톰을 어떻게 예측할 수 있을까?^[8]
• 별 질량 스펙트럼의 기원은 무엇인가? 즉, 천문학자들은 왜 항성 질량의 동일한 분포인 초기 질량 함수를 관측하는가? 분명히 초기 조건과 무관하게?^[9]
• 초신성: 죽어가는 별의 붕괴가 폭발이 되는 정확한 메커니즘은 무엇인가?
• p-csi: 이 희귀 동위원소의 핵생성에 어떤 천체물리학적 과정이 원인이 되는가?
• 빠른 라디오 버스트(FRB): 무엇이 각각 몇 밀리초밖에 지속되지 않는 먼 은하로부터 이러한 일시적인 무선 펄스를 야기하는가? 일부 FRB는 예측 불가능한 간격으로 반복되지만 대부분은 그렇지 않은 이유는 무엇인가? 수십 개의 모델이 제안되었지만 널리 받아들여진 모델은 없다.^[10]
• 오마이갓 입자와 기타 초고에너지 우주선: 어떤 물리적 과정이 에너지가 GZK 컷토프를 초과하는 우주 광선을 만들어내는가?^[11]
• Tabby's Star로 알려진 KIC 8462852의 특성: 이 별의 특이한 광도 변화의 기원은 무엇인가?

은하 천문학 및 천체물리학

• 갤럭시 회전 문제: 암흑 물질은 은하의 중심 주위를 회전하는 별들의 관찰되고 이론적인 속도의 차이를 책임지고 있는 것일까, 아니면 다른 것일까?
• 은하 디스크의 연령-금속성 관계: Galactic 디스크(디스크의 "씬" 부분과 "퍽" 부분 모두)에 범용 연령-금속성 관계(AMR)가 있는가? 은하수의 로컬(기본적으로 얇은) 디스크에는 강력한 AMR의 증거가 없지만,^[12] 은하계 두께 디스크의 연령-금속성 관계의 존재를 조사하기 위해 근처의 229개의 "thick" 디스크 별 샘플을 사용했으며, 두꺼운 디스크에 연령-금속성 관계가 있음을 표시했다.^[13][14] 별자리론에서 온 항성 연령은 은하 원반에서 어떤 강력한 연령-금속성 관계가 없음을 확인시켜 준다.^[15]
• 초경량 X선 소스(ULX): 활성 은하 핵과는 관련이 없지만 중성자 별이나 항성 블랙홀의 에드딩턴 한계를 초과하는 X선 선원에 힘을 주는 것은 무엇인가? 중간 질량 블랙홀 때문일까. 일부 ULX는 주기적인 것으로 중성자 별에서 비등방성 방출이 제안된다. 이것은 모든 ULX에 적용되는가? 어떻게 그런 시스템이 형성되고 안정적으로 유지될 수 있었을까?
• 은하중심 GeV 초과의 기원은 무엇인가?^[16]
• 적외선/TeV 위기 - 극초단파 선원의 매우 에너지 넘치는 감마선의 감쇠 부족.^[17][18][19]

블랙홀

• 중력 특이점: 일반상대성이란 양자효과나 비틀림, 또는 다른 현상으로 인해 블랙홀의 내부에서 분해되는가?
• 노헤어 정리:
  • 블랙홀은 내부 구조를 가지고 있는가?
    • 그렇다면 내부 구조는 어떻게 조사될 것인가?
• 초거대 블랙홀:
  • 초거대 블랙홀 질량과 은하 속도 분산 사이의 M-시그마 관계의 기원은 무엇인가?^[20]
  • 가장 먼 퀘이사는 우주의 역사에서 초거대 블랙홀을 10개의¹⁰ 태양 질량까지 성장시켰을까?
• 블랙홀 정보 역설 및 블랙홀 방사선:
  • 블랙홀은 이론적 근거에서 예상한 바와 같이 열방사선을 발생시키는가?^[21]
    • 만일 그렇다면, 블랙홀은 증발할 수 있고, 블랙홀은 그 안에 저장된 정보는 어떻게 되는가(양자역학은 정보의 파괴를 제공하지 않기 때문에)? 아니면 블랙홀 잔해를 남기고 어느 순간 방사선이 멈추는가?
• 방화벽: 블랙홀 주위에 방화벽이 존재하는가?^[22]
• 최종 파섹 문제: 초거대 블랙홀이 합병한 것으로 보이며, 이 중간 범위의 쌍으로 보이는 것이 PKS 1302-102에서 관찰되었다.^[23] 그러나, 이론은 초거대 블랙홀이 약 1파섹의 분리에 도달했을 때, 우주의 나이보다 더 많이 병합될 수 있을 만큼 충분히 근접하게 궤도를 도는 데 수십억 년이 걸릴 것이라고 예측한다.^[24]

우주론

• 암흑 물질:
  • 암흑 물질의 정체는 무엇인가?^[25]
  • 암흑 물질은 입자인가?
  • 암흑물질이 가장 가벼운 슈퍼파트너(LSP)인가? ₠
  • 암흑물질에 기인하는 현상들은 어떤 형태의 물질이 아니라 실제로 중력의 확장에 기인하는가?
• 암흑 에너지:
  • 관측된 우주의 가속 팽창(데 시터 단계)의 원인은 무엇인가?
  • 암흑 에너지 성분의 에너지 밀도는 왜 시간이 지남에 따라 상당히 다르게 진화할 때 현재 물질의 밀도와 동일한 크기인가?
    • 단순히 우리가 정확히 적절한 시기에 관찰하고 있다는 것이 될 수 있을까?
  • 암흑에너지는 순수한 우주론 상수인가 아니면 유령에너지와 같은 5중주 모델을 적용할 수 있는가?
• 바리온 비대칭: 관측 가능한 우주에는 왜 반물질보다 물질이 훨씬 더 많은가?
• 우주 상수 문제:
  • 진공상태의 영점 에너지는 왜 큰 우주 상수를 일으키지 않는 것일까?
    • 무엇이 그것을 취소하는가?^[26][27]
• 우주의 크기와 모양:
  • 관측 가능한 우주의 지름은 약 930억 광년인데, 전 우주의 크기는 얼마인가?
  • 우주의 "모양"이라고 비공식적으로 불리는 우주 공간 부분의 3-manifold 은 무엇인가?
    • 곡면성이 관측 가능한 척도에서 0에 "가까이" 있는 것으로 알려져 있지만 곡면도 위상도 현재 알려져 있지 않다. 우주 인플레이션 가설은 우주의 형상을 측정할 수 없을 수도 있다는 것을 암시하지만, 2003년 이후 장 피에르 루미넷 외 연구진과 다른 그룹들은 우주의 형상이 푸앵카레 도데카헤드랄 공간일 수도 있다고 주장해 왔다. 그 모양은 측정할 수 없는 것인가, 푸앵카레 공간인가, 아니면 또 다른 3마니폴드인가?
• 우주 인플레이션:
  • 초창기 우주의 우주 인플레이션 이론이 옳은가?
    • 만약 그렇다면, 이 시대의 디테일은 무엇인가?
  • 이 우주적 인플레이션을 일으킨 가상의 팽창 스칼라 분야는 무엇인가?
  • 인플레이션이 어느 시점에 일어났다면 양자-기계적 변동의 인플레이션을 통해 자급자족하는 것이며, 따라서 극히 먼 어떤 곳에서 지속되고 있는 것일까?^[28]
• Horizon 문제:
  • 빅뱅 이론이 관측된 것보다 더 큰 측정 가능한 밤하늘의 음이소트로피를 예측하는 것 같은데, 왜 먼 우주가 그렇게 동질적인가?
    • 우주적 인플레이션은 일반적으로 해결책으로 받아들여지지만, 빛의 가변속도와 같은 다른 가능한 설명들이 더 적절한가?^[25]
• 허블 장력: 만약 λCDM이 맞다면, 왜 허블망원경의 측정이 지속적으로 수렴되지 않는가?^[29]
• 악의 축: 130억 광년 이상의 거리에서 극초단파 하늘의 몇몇 큰 특징들은 태양계의 움직임과 방향 둘 다와 일직선이 되는 것처럼 보인다. 이는 체계적인 처리 오류 때문인가, 국지적 효과에 의한 결과의 오염인가, 아니면 설명할 수 없는 코페르니쿠스 원칙의 위반인가?
• 왜 아무것도 아닌 것이 존재하는가? 우주의 기원과 미래:
  • 어떤 것이든 존재할 수 있는 조건이 어떻게 생겼을까?
  • 우주는 빅 프리즈, 빅 립, 빅 크런치, 빅 바운스로 향하고 있는가, 아니면 무한 반복 순환 모델의 일부인가?

외계생명체

• 우주에 다른 생명체가 있을까? 특히;
  • 다른 지적인 생명체가 있을까?
    • 만약 그렇다면 페르미 역설의 설명은 무엇인가?^[30][31]
• 와우! 자연 신호:
  • 이 단 하나의 사건이 진짜 신호였던가?
    • 만약 그렇다면, 그것의 기원은 무엇이었을까?^[32]

참고 항목

• 미해결 문제 목록
• 물리학의 미해결 문제 목록

참조