막심해(莫心海)
【정견망】
데일리 사이언스(ScienceDaily) 2011년 11월 15일 자 보도에 따르면, 덴마크 닐스 보어(Niels Bohr) 연구소의 천문학자들이 칠레에 있는 유럽남방천문대의 거대 망원경으로 우리 은하에서 가장 오래된 항성들을 연구하던 중 풀기 어려운 수수께끼를 하나 발견했다. 우리 은하의 ‘항성 화석’이라 불리는 이 가장 오래된 항성들이 황금, 백금, 우라늄 같은 중금속 원소를 비정상적으로 많이 함유하고 있었던 것이다. 중금속 원소는 더 젊은 항성에서나 관찰되어야 하기에, 이들의 기원은 줄곧 미스터리로 남아 있었다.
빅뱅 이론에 따르면 빅뱅 직후 우주는 신비로운 암흑 물질과 수소, 헬륨 같은 가벼운 원소들이 지배하고 있었다. 이후 암흑 물질과 가스 덩어리의 상호작용으로 인해 가스 덩어리가 붕괴하면서 최초 세대의 항성들이 형성되었다.
항성 진화 이론에 따르면 이 항성들의 내부에서 수소와 헬륨이 융합 반응을 일으켜 탄소, 질소, 산소와 같은 첫 번째 무거운 원소들을 만들어냈고, 이후 수억 년의 시간이 흐르면서 다른 원소들이 차례로 형성되었다. 그러나 현대 우주론에 따르면 이러한 초기 항성들의 중금속 원소 함량은 우리 태양 중금속 원소 함량의 1,000분의 1에 불과해야 한다.
대량의 중금속 원소는 초신성 폭발 과정에서 형성되며, 초신성 폭발은 이러한 원소들을 우주 공간으로 방출한다. 그리고 그곳의 가스가 다시 붕괴하면서 새로운 항성을 형성하게 된다. 이 때문에 새로운 세대의 항성은 최초 세대의 항성보다 중원소 함량이 훨씬 더 높다.
따라서 우주 초기 항성들이 풍부한 중원소를 함유하고 있다는 사실을 발견한 것은 매우 뜻밖의 일이다. 게다가 이 초기 항성들은 바로 우리가 사는 우리 은하에 존재하고 있었다.
“우리 은하 외부 외에도 우리 은하의 유년기 시절부터 살아남은 고대 ‘항성 화석’들이 존재하는데, 이 늙은 항성들은 은하 원반의 위쪽과 아래쪽에 있는 헤일로 영역에 있습니다. 이 항성들 중 약 1~2%가 비정상적인 함량의 중원소를 가지고 있습니다.”라고 코펜하겐 대학교 보어 연구소의 천체물리학 및 행성 과학 분야 천체물리학자인 테레세 한센(Terese Hansen)은 설명했다.
보어 연구소 연구팀은 수년간 칠레에 있는 유럽남방천문대의 거대 망원경으로 이 고대 항성들을 연구했다. 이 중원소들의 기원을 밝혀내기 위해 그들은 다시 4년의 시간을 들여 라팔마에 있는 북유럽 광학 망원경으로 이들 ‘비정상적인’ 항성 중 17개를 관찰했다.
왜 이 고대 항성들이 풍부한 중금속 원소를 함유하고 있는지는 여전히 수수께끼다.
천문학자들은 한 가지 가능성으로 이 천체들이 모두 쌍성계(Double star system)에 속한 천체 중 하나였을 것이라 생각한다. 동반성이 초신성 폭발을 일으키며 생성된 중금속 원소가 이 항성들의 겉면에 얇은 중금속 원소 층을 입혔다는 가설이다. 그러나 관찰 결과 이들 대부분은 쌍성계에 속하지 않은 것으로 나타났다.
또 다른 관점은 최초 세대의 초신성 폭발이 서로 다른 방향으로 중원소를 방출했고, 이 원소들이 우주 공간에 자욱하게 퍼져 있던 가스구름 속으로 흘러 들어간 뒤, 이 가스구름이 붕괴하면서 오늘날 우리가 보는 이 별들을 형성했다는 것이다. 그러나 이는 이 항성들이 ‘가장 오래된 것’이라는 신분과 정면으로 모순된다.
참고자료: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/11/111115095911.htm
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/78711