Boundary Vacuum Pressure Gradients versus Classical Gravitation: A Deterministic Epistemological Comparative Analysis of Non-Gravitational Acceleration Boost and Deceleration Decay in Interstellar Object 3I/ATLAS (C/2025 N1)

별들 사이의 광활하고 고요한 복도에서, 물체들은 때때로 먼 은하계의 역사를 품은 채 우리 태양계로 흘러 들어온다. 수십 년 동안 천문학자들은 이 성간 방문객들이 혜성과 같이 행동할 것이라고 예상하며 추적해 왔다. 즉, 중력이라는 보이지 않는 손에 의해 엄격하게 통제되며, 태양을 향해 떨어질 때 속도가 빨라지고 다시 멀어질 때 속도가 느려지는 얼음 덩어리라고 예상해 온 것이다. 이러한 거동은 고전 물리학에 의해 설명되는데, 이는 수 세기 동안 행성과 소행성의 운동을 성공적으로 예측해 온 확립된 체계이다. 그러나 이러한 물체들이 극도로 빠른 속도로 이동하거나 특이한 구성을 가질 때, 그 경로가 이러한 완벽한 예측에서 때때로 벗어나기도 한다. 비중력적 힘으로 알려진 이러한 편차는 전통적으로 녹아내리는 얼음에서 뿜어져 나오는 가스 제트와 같이 물체 자체의 원인으로 돌려져 왔다. 하지만 새로운 연구 흐름은 물체 주변의 공간이 단순히 물체를 붙잡고 있는 것 이상의 역할을 할 수도 있다고, 즉 물체를 능동적으로 밀거나 당길 수도 있다고 시사한다.

독립 연구자인 세르지오 올리베이라 산토스(Sérgio Oliveira Santos)의 최근 연구는 2025년 7월 1일에 발견되어 그해 후반에 우리 태양계를 통과한 3I/ATLAS라는 특정 성간 물체를 조사한다. 이 물체는 그 속도와 기이한 궤적으로 인해 매우 주목할 만했다. 태양에 접근함에 따라 이 물체는 중력만으로 허용될 수 있는 것보다 더 많이 가속되었으며, 떠날 때는 표준 모델과 완벽하게 일치하지 않는 방식으로 감속되었다. 논문은 이 거동을 설명하는 두 가지 방식 사이의 직접적인 비교를 제시한다. 첫 번째는 운동 법칙과 물체가 가스 방출을 통해 질량을 잃는다는 개념에 의존하는 전통적인 관점이다. 두 번째는 대칭 질서 초유체(Symmetry-Ordered Superfluid) 프레임워크라고 불리는 더 새롭고 이론적인 접근 방식이다. 이 이론은 진공이 빈 공간이 아니라, 별 근처나 깊은 성간 공간에 따라 압력 특성이 변하는 유체처럼 작동한다고 제안한다.

연구자는 먼저 3I/ATLAS에 대해 기록된 확정 데이터를 살펴보는 것으로 시작했다. 이 물체는 초당 약 57.98킬로미터의 속도로 태양계에 진입했다. 2025년 10월 29일, 1.356 천문단위 거리에서 태양에 가장 가깝게 접근하며 회전할 때, 그 속도는 초당 68.30킬로미터로 증가했다. 표준 물리학을 사용하여 연구팀은 이 변화가 시작 속도 대비 물체의 운동 에너지가 38.82퍼센트 증가했음을 나타낸다고 계산했다. 물체가 다시 깊은 우주로 나가는 여정을 시작했을 때, 그것은 그 추가적인 속도를 잃었으며, 이는 최접근 지점에서의 정점 속도와 비교했을 때 27.96퍼센트의 에너지 감소를 초래했다. 이 수치들은 정밀하며 관측된 물체의 실제 경로로부터 도출된 것이다. 전통적인 설명은 이 추가적인 추진력을 물체의 표면에서 가스가 탈출하는 현상으로 돌릴 것이며, 이 과정은 얼음이 얼마나 가스로 변하는지, 그리고 어느 방향으로 변하는지에 대한 구체적인 가정을 필요로 한다.

산토스는 동일한 데이터에 대칭 질서 초유체 프레임워크를 적용했다. 이 모델에서 태양 주변의 공간은 진공의 압력이 깊은 은하 공간의 압력과 다른 경계로 취급된다. 이 이론은 물체가 저압의 은하 환경에서 고압의 태양 근처 지역으로 이동함에 따라, 마치 압력 차이에 의해 만들어진 언덕을 내려가는 공처럼 자연스러운 추진력을 얻는다고 제안한다. 연구자는 태양 근처의 진공 압력과 은하계 내 압력 사이의 비율을 계산했다. 이 비율은 정확히 38.0퍼센트의 가속 부스트를 예측했다. 물체가 다시 밖으로 나갈 때 압력이 완화되었고, 이는 27.5퍼센트의 감속 붕괴를 일으켰다. 저자는 이러한 이론적 수치가 관측된 고전적 수치와 놀라울 정도로 정밀하게 일치한다는 것을 발견했으며, 이는 가스 제트가 아닌 진공 자체가 힘의 원천일 수 있음을 시사한다.

논문은 이러한 수학적 일치가 우연이 아니라 더 깊은 실재의 징후라고 주장한다. 이 논문은 우리가 중력이라고 부르는 것과 비중력적 힘이라고 부르는 것이 사실상 동전의 양면, 즉 물체가 변화하는 진공장의 밀도와 상호작용하는 방식의 서로 다른 현상이라고 제안한다. 전통적인 모델은 물체의 거동을 설명하기 위해 추가적인 매개변수를 더해야 하는 반면, 새로운 프레임워크는 공간 자체의 근본적인 특성으로부터 동일한 결과를 도출해 낸다. 이 연구는 가스 방출의 존재를 부정하는 것이 아니라, 진공 압력 구배(gradient)가 관측된 궤적에 대해 충분히, 그리고 어쩌면 더 근본적인 설명이 될 수 있음을 시사한다.

이 아이디어를 테스트하기 위해 연구자는 미래의 임무에서 증거를 찾을 수 있는 구체적인 방법을 제안했다. 연구자는 만약 물체가 행성의 힐 구(Hill sphere), 예를 들어 이론적인 목성 힐 경계(Jovian Hill boundary)를 통과한다면, 진공장이 미세하고 불연속적인 파동을 생성할 것이라고 계산했다. 이 파동은 지구로 보내지는 라디오 신호의 주파수에 아주 미세한 변화를 일으킬 것이며, 이는 매우 민감한 장비를 통해서만 감지될 수 있는 극도로 작은 변화일 것이다. 만약 미래의 심우주 추적이 이 특정한 변화를 측정할 수 있다면, 이는 가스 제트라는 기존 모델과 진공 압력이라는 새로운 모델을 구별할 수 있는 방법이 될 것이다. 논문은 결론적으로, 이러한 빠른 속도의 방문객들의 운동을 진공의 상태와 연결함으로써, 과학자들이 천체의 운동과 공간의 양자적 본질 사이의 간극을 메울 수 있을지도 모른다고 밝혔다.