‘우주의 금광’…금·은 등 중원소로 가득한 은하 발견

천문학자들이 ‘우주의 금광’을 찾아낸 것 같다.

미국 매사추세츠공과대(MIT) 안나 프레벨 교수(물리학과)가 이끈 국제 연구팀은 우리 지구에서 약 10만 광년 거리에 있는 소은하 ‘레티큘럼 2’(Reticulum II) 안에 있는 가장 밝은 별 몇 개로부터 나온 흐릿한 빛을 분석했다.

그 결과, 해당 별들에는 ‘R과정’(빠른 중성자 포획 과정)으로 불리는 현상으로 생성되는 원소들을 엄청나게 많이 있는 것으로 나타났다.

여기에는 철보다 무거운 금과 은, 백금 등 귀한 원소가 포함된다.

이 현상은 지난 1957년 핵물리학자들이 처음 이론으로 묘사했다.

이번 연구는 지난 60여 년간 과학자들을 당황하게 만들었던 금, 은, 백금 등 원소의 다양한 기원에서 하나의 해답을 발견해낸 것이다.

이에 대해 프레벨 교수는 “R과정으로 이런 중원소가 생성되는 방법을 이해하는 것은 핵물리학에서도 가장 어려운 문제 중 하나”라고 설명했다.

보통 금과 은, 백금의 가치가 큰 점은 지구에서 희귀하다는 것에 있지만, 이런 원소가 생성되는 과정 역시 이런 중원소를 특별하게 만든다.

왜냐하면 이런 중원소는 상상도 못할 만큼 큰 밀도를 가진 중성자별들이 엄청난 속도로 서로 충돌해야 생성되며 이런 원소가 다시 소행성 행태로 지구로 날아와야 하는 것이기 때문이다.

프레벨 교수는 “이런 중원소가 생성되는 데는 너무 큰 에너지가 필요하므로 이를 실험적으로 생성하는 것은 거의 불가능하다”면서 “이런 중원소의 생성 과정은 단지 지구에서는 일어나지 않으므로 우리는 우주에 있는 별과 그 물질을 실험실로 사용해야 하는 것”이라고 말했다.

또 연구팀은 생성이 어려운 이런 중원소로 가득한 고유 은하의 발견이 앞으로 항성 역사는 물론 우주 진화 과정을 밝혀낼 것으로 기대한다.

별들은 자체적으로 중원소를 만들 수 없으므로 과거 이 은하에서는 특정 이벤트가 ‘씨앗’이 돼 금·은·백금 등을 가진 별이 만들어졌다는 것이다. 이런 중원소가 가득한 별들이 존재하는 것은 중성자별 간의 충돌이 원인임을 시사한다.

또 이번 결과는 이런 별의 구성을 밝혀내는 방법으로 이런 별을 거느리고 있는 은하의 역사를 밝혀낼 수 있다는 것을 보여준다.

이런 접근 방식은 ‘항성 고고학’(stellar archaeology)으로 불리고 있는데 천체물리학자들이 초기 우주 상태에 대해 자세히 배울 수 있게 해주는 것이다.

프레벨 교수는 “난 정말 이번 결과가 별과 어느 정도 원소를 개별적으로 형성하는 은하의 연구를 위한 새로운 문을 열었다고 생각한다”면서 “우리는 정말 작은 규모의 별들과 정말 큰 규모의 은하들을 서로 연결하고 있는 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 세계적 학술지 네이처(Nature) 최신호(5월 21일 자)에 실렸다.

사진=다나 베리/스카이웍스 디지털, Inc.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr