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ㅇㅇ(39.115) 2025.04.09 23:15:33

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은하 중심 근방의 초질량 블랙홀에서 1.3만 광년 떨어진 항성계인 ‘BD-θ435’에는 총 3개의 항성이 서로 중력 상호작용으로 묶여 있다. 그중 한 별(스펙트럴형 O형 초거성)은 막대한 양의 고에너지 광자와 양성자·중성미자 플럭스를 방출하며, 또 다른 별(중성자별)은 간헐적 펄사 활동을 통해 초강력 자기장을 형성한다. 이 항성계의 세 번째 별은 왜성(갈색왜성)에 가까운 질량을 지니지만, 그 표면 근방에서 희귀 중원소 핵합성 반응이 관측된다.

해당 항성계 주위에는 다수의 행성이 존재하는데, 그중 가장 주목받는 행성은 ‘Zeomare(제오마레)’다. 제오마레는 지구질량의 약 3.6배, 강착(accretion) 과정에서 생성된 초고농도 방사성 동위원소 코어, 복합적인 내부 구조(액체 금속 수소층·고분자 수산화물 맨틀·준결정질 탄소핵 등), 그리고 강력한 자기권을 갖추고 있다. 이 행성의 표면은 평균 기압 10 atm 이상, 온도는 극지방 -120℃부터 적도 초화산 지대 +400℃ 이상에 이르며, 대기는 주로 Ar, Xe, HF, CCl₄, 그리고 극미량의 O₂로 구성된다. 중성자별에서 뿜어져 나오는 높은 중성자 조사(neutron irradiation)로 인해, 지각(地殼) 상층부에는 토륨-231, 플루토늄-239가 이례적으로 농축되어 있고, 지하 열수계에서는 중(重)수소가 플라즈마 상태로 존재한다.

행성 지하 깊숙이에는 ‘플라즈마 기반 생태계(plasma biosphere)’로 추정되는 미지의 유기체가 발견되었는데, 이들은 양자 터널링으로 진행되는 효소 반응, 반강자성 초분자 막(supermolecule membrane), 고압-고온에서 자가조립되는 초이온성 단백질(isoprotein) 등을 이용해 살아간다. 특히 이 유기체는 DNA·RNA 대신, “π-전자 전도 경로가 도핑(doping)된 실리콘-인(Si-P) 골격형 유전체”를 유전정보 매개체로 쓰며, 중성자 조사 시 특정 엑시톤(exciton) 재배열 현상을 통해 빠르게 돌연변이가 누적·교정된다고 보고되었다.

여기에 더해, 제오마레의 자기장과 중성자별 펄스가 상호작용하여 행성 상부 대기에는 “다중 격자형 전리권(multi-lattice ionosphere)”이 형성되고, 오존층과 유사한 역할을 대신하는 “Xe-화합물 오존틱(XeOⁿ)층”이 중간권에 분포한다. 기후학자들은 이 독특한 대기·지각·생물 상호작용이 ‘행성 단위 자기유체역학(MHD) 순환’을 만든다고 가정하고 있다.

[논제 1]

1-1. 제오마레가 중성자별로부터 받는 고속 중성자·감마선·광자 플럭스를 각각 양자장론(QED/QCD) 관점에서 설명하시오. 특히, 중성자별 표면에서 발생하는 파울리 상호작용(Pauli blocking)과 자기 쌍극 모멘트가 외부로 방출될 때, 행성 대기 상부의 전리율 분포에 어떤 영향을 미치는지 “양자장 분극 효과(polarization effect)”와 “중성미자 산란 단면적 변화”를 중심으로 서술하시오.

1-2. 초질량 블랙홀 근처에서 휘어지는 시공간 때문에, 실제 중성자별에서 방출되는 방사선 스펙트럼과 제오마레에 도달해 측정되는 스펙트럼 사이에는 상당한 편차가 존재한다. 일반상대론의 등가원리와 편광 상태 변화를 고려하여, 어떻게 측정 스펙트럼 해석에 오차(시공간 렌즈 효과)가 발생하는지 수리적으로 제시하시오.

[논제 2]

2-1. 토륨-231과 플루토늄-239가 지각 상층부에 축적되는 과정을 핵화학적으로 추론하고, 각각의 붕괴열(Q값)과 붕괴 사슬(decay chain)을 정량 분석하시오. 또한, 열수계(超임계수 영역)에서 이 동위원소들이 생성하는 라듐·아메리슘 등 딸핵종이 지하 생태계에 미치는 방사선 선량(시뮬레이션 기반) 변화를 추산해 보시오.

2-2. 고농도 Xe와 이온화 상태의 산소가 어떻게 결합해 안정적인 ‘pseudo-ozone’ 층을 형성할 수 있는지, 분자 오비탈 이론(MO Theory) 및 자발 대칭 깨짐(spontaneous symmetry breaking) 관점에서 설명하시오. 특히 Xe의 외곽 궤도 혼성(5p·5d)과 O의 2p 궤도가 결합하여 형성되는 특이한 전자 배치가 어떻게 높은 결합 차단에너지를 만들어내는지 수식을 곁들여 서술하시오.

[논제 3]

3-1. 제오마레 생명체가 DNA·RNA 대신 사용하는 ‘Si-P 골격형 유전체’에서, π-전자 전도 경로를 통한 정보 부호화가 이루어지는 구체적 메커니즘을 제시하시오.

(가) 양자 터널링에 의한 엑시톤(exciton) 이동: 엑시톤이 골격 전체를 이동하며 염기서열(유사 구조)을 읽고/복원하는 과정을, 전자구름의 상호작용 및 터널링 확률을 포함해 기술하시오.

(나) 중성자 조사 시 돌연변이 축적·교정: 중성자 충돌로 인한 Si-P 결합 변형이 어떻게 빠른 재배열(rearrangement)을 유도하며, 이 과정을 특정 효소(‘초이온성 폴리메라제’)가 어떤 양자생물학적 원리로 복구/안정화시키는지 논하시오.

3-2. 고압·고온 환경에서 자가조립되는 초이온성 단백질이 반강자성 초분자막을 형성한다고 할 때, 이 막이 가진 자화율(χ)과 유전상수(ε)가 생체 내 전하이동·에너지 축적에 어떠한 이점을 제공하는지, 분자동역학(MD) 시뮬레이션을 통한 안정성 에너지(Free Energy Landscape) 분석 결과를 가정해 설명하시오.

[논제 4]

4-1. 제오마레 내부는 액체 금속 수소층과 준결정질 탄소핵, 초임계 수산화물 맨틀 등이 복합적으로 분포해 있다. 이 복합 구조에서 일어나는 맨틀 대류, 자기장 발생, 열전달을 3차원 MHD 방정식 세트로 기술하고, 다음 항을 포함한 비정상(非定常) 해석 방법을 제시하시오.

(가) 자기재연결(Magnetic Reconnection)

(나) 전자기 유도 방정식(Induction Equation)

(다) 열적∙화학적 부력(Thermo-chemical buoyancy)

4-2. 초화산 분출 시 기권 상층까지 올라간 H₂O, CCl₄, HF가 중성자별 기원 방사선과 상호작용할 때 발생하는 대기 광분해 반응(photodissociation)의 정량적 Kinetics를 설정하시오.

4-3. 2유체 모델(혹은 2층 대기 모델)을 응용하여 제오마레의 극지·적도 간 에너지 수송이 어떤 형태의 행성 규모 대기에너지 순환을 유발하는지, 나비어-스토크스(Navier-Stokes)와 복사전달 방정식을 결합한 편미분방정식을 간략히 제시해 보시오.

[논제 5]

5-1. 제오마레 생명계는 안정적인 지구 생명권과 달리, 초질량 블랙홀 근방의 극단적 우주환경(강력한 X선·감마선, 성간물질 흐름, 자기장 교란 등)에 직접 노출되어 있다.

(가) 진화적 병목현상과 분자 시계: 고에너지 우주선(cosmic ray) 밀도가 증가할수록 분자 시계(molecular clock)가 왜곡·가속될 수 있는 과정을 돌연변이 스펙트럼의 관점에서 논하시오.

(나) 생명권 경계와 팬스퍼미아(Panspermia) 가능성: 제오마레 생명체가 성간(星間) 물질과 함께 항성계 바깥으로 방출되어 다른 행성에 도달했을 때 생존·정착할 수 있는지, 방사선 내성·초이온성 단백질 안정성·양자생물학적 복구 메커니즘을 종합하여 가정 모델을 제시하시오.

5-2. 지각 대류, 대기 순환, 자기장 변동, 생태계 종다양성(군집 동태)이 상호 결합된 거대 복합계이다. 로지스틱 맵, 로런츠 어트랙터, 혹은 기타 혼돈계 모델을 참조하여 행성 생물권이 주기적 대멸종과 급격한 재번영을 반복할 가능성을 수리적으로 분석하시오.

5-3. 제오마레 표면의 초화산·극지역·중간권 변동 등으로 인해 서식지들이 다공성(多孔性)·프랙탈 구조 형태를 띈다고 할 때, 개체군 유전자 흐름(gene flow)이 분산되지 않고 국소적으로 고립·분화될 확률을 페르콜레이션(percolation) 이론으로 해석하시오.

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