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우리 태양보다 약 5만 배 이상 거대한 질량을 가진 우주 최초 항성의 죽음 순간이 재현됐다.
미국 캘리포니아 대학 산타크루즈 캠퍼스는 해당 교 천체물리학과, 미네소타 대학 공동연구진이 1세대 초기 항성은 다른 항성과 달리 소멸 후 블랙홀화 되지 않았으며, 해당 과정에서 방출된 많은 화학 분자들이 오늘 날의 우주 전반 체계의 기초가 됐다는 점을 컴퓨터 시뮬레이션 재현을 통해 알아냈다고 29일(현지시간) 밝혔다.
연구진이 1세대 항성에 주목한 이유는 이들에게 우주 형성과정의 비밀이 숨겨져 있을 것으로 추측했기 때문이다. 특히 현재 우주 공간을 구성하고 있는 수소, 헬륨 등의 원소보다 더욱 무겁고 강력했던 최초 우주 원소의 등장이 이 1세대 항성의 소멸과 함께 나타났을 것으로 연구진은 추정했다.
연구진은 1세대 항성의 죽음 순간을 다시 모델링하기 위해 다차원 특수 천체 물리학 코드 카스트로(CASTRO—a multidimensional compressible astrophysics code)를 활용했으며 항성의 수명을 추측하는 과정에서는 1차원 진화 천체 물리학 코드인 케플러(KEPLER)를 사용했다.
이후, 미 국립 에너지 연구 과학 컴퓨팅 센터(NERSC, National Energy Research Scientific Computing Center)와 미네소타 대학 슈퍼컴퓨팅 연구센터(Minnesota Supercomputing Institute at the University of Minnesota)의 슈퍼컴퓨터로 시뮬레이션 된 1세대 항성의 죽음은 엄청난 계산수식을 거치며 놀라운 광경으로 재현됐다.
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시뮬레이션에 따르면, 1세대 원시 항성은 우리 태양의 55000~56000 배에 달하는 막대한 질량이 합쳐진 거대 덩어리였고 일반 상대론적 효과에 따라 서서히 붕괴되기 시작했다. 그러다 슈퍼노바(초신성)화 되면서 해당 항성은 빠른 속도로 헬륨, 산소, 마그네슘, 실리콘 등의 무거운 원소를 합성하기 시작했다. 이는 어느 순간, 붕괴를 중단하고 현 시점의 다른 슈퍼노바와는 비교되지 않는 대규모 폭발을 1세대 항성이 일으키게 된 주원인이 됐다.
해당 항성이 폭발 하면서 흩어진 무수한 화학원소들은 주변 은하의 내용을 풍부하게 구성시켰으나 특이하게도 다른 별의 죽음과 달리 해당 항성의 죽음에서는 블랙홀 생성 흔적이 발견되지 않았다. 때문에 이것이 오늘 날의 우주 공간을 구성시킨 시발점이라는 가정을 연구진은 내리게 됐다.
이 모든 놀라운 순간은 슈퍼컴퓨터에 의한 철저한 계산 수식 결과로 이뤄진 것이며 마치 아름다운 추상화를 연상시키는 별의 죽음 순간은 미국 버클리 연구소가 개발한 시각화 모델링 툴인 ‘VisIt’로 형상화됐다.
연구진은 “이는 기존 항성 죽음과 초신성 발생과정 연구에 새로운 물리적 프로세스를 제공한다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다.
한편 이 연구결과는 국제학술지 ‘천체물리학 저널(Astrophysical Journal)’에 게재됐다.
사진=UCSC, Astrophysical Journal
조우상 기자 wscho@seoul.co.kr
