【정견뉴스】
금과 백금은 지구상에서 가장 귀중한 금속에 속하며, 가격이 온스(약 31g)당 1,000달러에 달한다. 그러나 그 기원에 관한 새로운 발견으로 인해, 이 금속들의 매력은 훨씬 더 커질 것으로 보인다.
2017년 10월 16일, 중력파 발견으로 노벨상을 받은 바 있는 과학자들이 인류 최초로 두 개의 중성자별이 충돌하는 것을 탐지했다고 발표했다.
연구팀은 8월 17일, 1억 3천만 광년 떨어진 NGC 4993 은하에서 발생한 충돌 사건을 탐지했다. 이번 충돌은 바다뱀자리에서 일어났으며, GW170817이라 명명했다.
연구팀은 즉시 전 세계 천문학자들에게 경보를 발령하여 망원경을 중성자별 충돌 현장으로 향하게 했고, 가시광선, 전파, X선, 감마선 탐지기를 통해 이 전대미문의 현상을 기록하게 했다.
이 과정에서 헤아릴 수 없이 많은 양의 백금, 금, 은, 그리고 요오드, 우라늄, 비스무트가 생성되었다.
두 중성자별의 충돌은 블랙홀을 형성할 가능성이 가장 높다.
컬럼비아 대학교의 천체물리학자 브라이언 메츠거(Brian Metzger)는 이번 발견에 참여한 4,000명의 연구자 중 한 명이다. 그는 ‘비즈니스 인사이드(Business Insider)’와의 인터뷰에서 자신들의 계산 결과 이번 충돌로 발생한 물질의 대부분이 회전판처럼 블랙홀 주위를 회전하고 있음을 보여준다고 밝혔다. 그중 절반은 블랙홀 속으로 떨어져 들어가고, 절반은 우주 공간으로 방출된다.
이는 미국 라이고(LIGO, 레이저 간섭계 중력파 관측소)가 다섯 번째로 중력파를 탐지한 사건이다. 하지만 지난 네 번과 달리 이번에는 두 블랙홀의 충돌이 아니라 두 중성자별의 충돌이었다. 방출된 신호는 훨씬 미약했지만 지구에 수억 광년 더 가까웠으며, 지속 시간도 과거의 1초가 아닌 100초에 달했다.
시러큐스 대학교 천문학자 던컨 브라운(Duncan Brown)은 GW170817을 혁명적인 사건으로 평가하는데, 그 이유 중 하나는 우주에서 중금속이 어떻게 형성되는지에 대한 단서를 제공했기 때문이다.
과거에는 거대한 별이 폭발해 초신성이 되는 과정에서 철과 그보다 가벼운 원소들이 형성된다고 알려져 있었다.
그러나 초신성 폭발만으로는 금, 은, 백금과 같이 더 무거운 금속의 형성을 설명할 수 없었다. 브라운은 “이 금속들은 초신성 폭발에서 유래한 것으로 보이지 않아, 사람들은 오랫동안 그것들이 어디서 오는지 궁금해했습니다”라고 말했다.
이에 연구자들은 두 중성자별이 충돌하면서 금, 은, 백금이 생성될 수 있다는 가설을 세웠다.
우주의 대부분의 별은 쌍(쌍성)으로 존재하며, 거대한 별이 사멸할 때 초신성이 된다. 이때 별의 중력은 그것들을 두 가지 형태로 압축한다. 별이 매우 무거우면 블랙홀이 되고, 비교적 가벼우면 중성자별이 된다. 후자는 기본적으로 하나의 거대한 원자핵이라 할 수 있는데, 중력이 너무 강해 모든 입자를 하나로 압축해 도시 크기만 한 구체로 만들기 때문이다. 단 한 차숟가락 분량의 중성자별만 해도 무게가 수십억 톤에 달한다.
“이 두 물체를 광속의 3분의 1 속도로 충돌시키면 바로 금이 만들어집니다.”라고 브라운은 설명했다.
메츠거는 “가장 무거운 원소들은 항성 내부의 핵융합으로 만들 수 없으며, 중성자 포획을 통해 형성됩니다”라고 말했다.
이 과정은 ‘신속 중성자 포획 과정’ 또는 ‘r-과정(r-process)’이라고도 불리며, 진행 과정은 다음과 같다. 두 중성자별이 정면으로 충돌할 때 고에너지 중성자를 뿜어내며, 이 중성자들이 충돌하면서 밖으로 튀어나가 거대한 원자핵을 형성한다. 하지만 이 거대한 원자핵은 불안정하여 거의 즉시 분열해 더 작은 원자로 붕괴한다.
이 과정은 특수 원자로에서 일어나는 현상과 유사하다. 과학자들이 우라늄에 중성자를 충돌시켜 플루토늄 같은 더 무거운 원소를 만드는 것과 같다.
2010년, 메츠거는 천문학자들이 관측한 일종의 섬광을 설명하기 위해 ‘킬로노바(Kilonova)’라는 용어를 제안했다. 이는 초신성보다는 어둡지만 신성(Nova)보다는 1,000배 더 밝은 현상을 말한다. 신성은 새로 생성된 별을 의미합니다. 이번 GW170817이 바로 킬로노바 현상이었다.
과학자들이 이번 킬로노바를 관측한 결과, 두 중성자별이 충돌한 지 불과 1초 만에 놀라운 양의 원소가 생성되었음이 확인되었다. 지구 질량의 약 50배에 달하는 은, 지구 질량의 100배에 달하는 금, 그리고 지구 질량의 500배에 달하는 백금이 만들어진 것이다.
이 금만 따져도 가치가 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000 달러(1 뒤에 0이 29개 붙는 금액)에 해당한다.