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지구 것 아닌 금(金) 출처는 대형 별 초신성 폭발

철보다 무거운 원소 80% 형성…중성자별 충돌보다 훨씬 더 많아
컬랩사 슈퍼노바 상상도
컬랩사 슈퍼노바 상상도 [토니 피로/캘텍 제공]

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 금(金)은 지구에서 만들어진 것이 아니다. 금뿐만 아니라 백금, 우라늄 등 철보다 무거운 금속 원소들은 태곳적 우주에서 받은 것으로, 지금까지는 중성자별끼리 또는 중성자별과 블랙홀이 충돌하면서 생성된 것으로 여겨져 왔다.

그러나 우주의 무거운 원소 중 80% 이상이 그동안 비중이 미미할 것으로 여겨졌던 초신성(슈퍼노바) 폭발을 통해 형성된다는 새로운 연구 결과가 나왔다.

캐나다 구엘프대학과 과학전문 매체 등에 따르면 이 대학 물리학자 대니얼 시겔 교수가 이끄는 연구팀은 태양 질량의 30배가 넘는 대형 별이 빠르게 회전하며 자체 중력으로 폭발해 블랙홀을 형성하는 '컬랩사(collapsar) 슈퍼노바'의 역학을 분석한 결과를 과학저널 '네이처(Nature)'에 실었다.

연구팀은 당초 중성자별 충돌을 연구하다가 컬랩사 슈퍼노바가 무거운 원소를 더 많이 생성할 수 있다는, 뜻하지 않은 결론에 도달했다.

중성자별 간 충돌이 무거운 원소를 만든다는 것은 지난 2017년 처음으로 관측된 중력파(GW 170817) 자료를 통해 실제로 확인됐다.

별간 충돌 등 강력한 폭발로 원자핵이 중성자를 빠르게 포획하는 일련의 핵반응인 'R과정'이 촉발될 때 무거운 원소가 만들어지는데, GW 170817에서는 중성자별끼리 충돌한 뒤 별 주변에 형성된 물질 원반에서 포착됐다.

연구팀은 중성자별 간 충돌뿐만 아니라 슈퍼노바도 강력한 폭발을 일으킬 수 있는 데 착안해 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 통해 컬랩사 슈퍼노바 발생 과정을 분석했다.

그 결과, 무거운 원소의 80%가 컬랩사 슈퍼노바를 통해 형성됐으며 나머지 20%가 중성자별간 또는 중성자별과 블랙홀 간 충돌을 통해 만들어졌다.

연구팀은 컬랩사 슈퍼노바가 슈퍼노바 중에서도 드물고, 중성자별 충돌보다 더 적게 발생하지만 우주로 뿜어내는 무거운 원소의 양은 중성자별보다 훨씬 많은 것으로 나타났다고 밝혔다.

특히 시뮬레이션을 통해 나온 무거운 원소의 양과 분포는 지구의 상황과 "놀라울 정도로 유사하다"고 연구팀은 밝혔다.

연구팀은 2021년 차세대 첨단 망원경인 '제임스 웹 우주 망원경(JWST)'가 배치되면 먼 은하에 있는 컬랩사 슈퍼노바를 자세히 관측해 철보다 무거운 원소의 출처에 관한 이론이 실증될 수 있을 것으로 기대했다.

시겔 박사는 보도자료를 통해 "우주의 무거운 원소가 어디에서 나온 것인지를 확인하는 것은 은하가 화학적으로 어떻게 결합해 만들어졌는지를 이해하는 데 도움이 될 것"이라고 밝혔다.

그는 또 올해가 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프가 화학 원소주기율표를 고안한 지 150주년이 되는 해임을 상기하면서 "그가 몰랐던 많은 원소가 새로 추가됐지만, 매력적이고 놀라운 것은 자연의 기본 구성요소를 150년간이나 연구하고도 아직도 주기율표에 올라있는 원소의 상당 부분이 어떻게 만들어졌는지 제대로 이해하지 못하고 있다는 점"이라고 지적했다.

eomns@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2019/06/15 10:37 송고

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