금에 관한 정체와 가치

외계에서 온 금속

중성자별간의 충돌에의해 생성

증명하기 어려운 이론

입력시간 : 2019-07-24 11:27:50 , 최종수정 : 2019-07-26 21:33:52, 김태봉 기자


금에 관한 정체와 가치

 

[침묵은 금]

[금이야 옥이야]

[반짝인다고 모두 금은 아니다]

동서고금을 막론하고 금()은 부와 권력의 상징으로 여겨져 왔다. 그 이유는 바로 반응성이 거의 없기 때문이다. 말 그대로 변하지 않는 성질을 갖고 있기에 인류 역사 내내 안정적인 가치를 자랑한다.

그런데 이런 금이 사실외계의 선물이라면?


지금까지 과학자들은 금, 우라늄, 납과 같은 무거운 금속 원소들이 어디에서 왔는지를 추측해 왔다.

, 규소 등 무거운 원소는 보통 별의 내부에서 일어나는 핵융합 반응으로 생긴다.

엄청난 압력과 온도를 통해 원자핵이 서로 융합하면서 무거워지는 것이다. 그런데 철보다 무거운 금속 원소들은 이런 핵융합 반응으로도 만들어지기 힘들다.

너무 불안정해 쉽게 붕괴되기 때문이다.

 

그렇다면 무거운 원소들은 어디에서 왔을까?

지금껏 가장 유력했던 이론은 [중성자별과 중성자별의 충돌]에서 나온다는 것이었다.

설명: 중성자별간 충돌을 묘사한 그림

출처: European Space Agency

 

두 천체간 충돌은 고온의 파편과 중성자 소용돌이 등을 발생시킨다.

여기에 풍부히 모여 있는 자유 중성자(Free neutron)가 기존의 금속 원소와 결합해 더 무거운 금속 원소가 된다. 다만 이는 이론상으론 적절해도 실제 증명하기는 어려운 이론이었다.


그런데 2017년 여름, 우연히 검출된 중력파 신호(GW170817)에서 과학자들은 그 실마리를 찾았다.

설명: 한국천문연구원 KMTNet 남아공 관측소가 포착한 GW170817의 모습

출처: 한국천문연구원

중력파는 거대한 질량의 물체가 가속운동할 때 시공간 중력장이 뒤틀리면서 발생하는 아주 미약한 파장이다. 2017년 검출된 중력파 신호는 약 13000만 광년 떨어진 곳에서 일어난 중성자별간 충돌을 담고 있었다.

이에 전 세계 45개국 약 3500여 과학자들이 공동으로 이를 추적한 끝에 중성자별 충돌 현상을 관측할 수 있었다. 그리고 실제 그 과정을 통해 무거운 원소가 만들어 진다는 사실이 확인됐다. 그리고 약 2년 후인 20196, 여기서 한 발짝 더 나아간 새로운 연구가 소개돼 많은 이들의 관심을 모으고 있다.

 

네이처, 사이언스 얼러트 등 외국 과학저널은 최근 중성자별끼리의 충돌이 아닌, 초신성 폭발에 주목한 학자들의 주장을 소개했다.

캐나다 궬프대(University of Guelph) 연구팀이다.

초신성 폭발은 한 마디로 아주 무겁고 큰 별이 마지막으로 폭발하며 에너지를 방출하는 현상이다. 이후 남은 중심핵이 중력붕괴를 통해 초고밀도로 수축, 중성자별이나 블랙홀이 된다.

그 과정에서 다량의 중성자가 방출되고, 이 중성자들이 다른 원자핵과 결합하면서 무거운 원소가 만들어진다는 분석이다.

연구팀은 슈퍼컴퓨터를 이용해 초신성의 폭발 현상을 시뮬레이션했다. 그 결과 붕괴성(collapsar) 모델이라 불리는 희귀한 형태의 초신성 폭발에서 특히 엄청난 양의 무거운 원소가 방출되는 것으로 드러났다.


연구팀에 따르면 현재 존재하는 무거운 원소의 80%가 이 과정에서 생긴 것이라고 한다.

이는 2017년 연구로 대세에 등극한 중성자별 충돌설에 강력한 도전장을 내미는 것이다.

다만 이 역시 [이론]을 넘어 [증명]이 중요한 상황이다.

연구팀은 오는 2021년 배치될 최첨단 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 통해 좀 더 명확한 관측 자료를 얻을 수 있을 것을 기대했다.

지금까지 과학의 발전은 수없이 기존 이론을 증명하고, 반박하는 과정을 통해 이뤄져 왔다.

무거운 원소의 발생을 둘러싼 새로운 연구를 통해 우주의 진리에 한 걸음 더 다가갈 수 있기를 바란다.

 

 

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