“운석에서 태양계 이전 70억년 된 우주먼지 확인, 지상 最古의 물체”

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▲ 1969년 호주 멜버른 남쪽 머치슨에 떨어진 운석. 70억년 이전 우주 먼지 알갱이가 확인돼 지상에서 가장 오래 된 고체 물질로 보고됐다.

우주에서 지구로 떨어진 운석에서 태양계가 만들어지기 전인 약 70억~50억년 전의 우주먼지(宇宙塵·stardust)가 확인됐다. 태양은 46억년 전에, 지구는 45억년 전에 탄생했다. 따라서 이 운석은 지구에서 발견된 고체 물질 중 가장 오래된 것으로 학계에 보고됐다.

미국 필드자연사박물관에 따르면 시카고대학 지구물리학 부교수이자 이 박물관의 큐레이터인 필립 헥 박사가 이끄는 연구팀은 태양이 형성되기 이전의 우주먼지로 만들어진 운석에 관한 연구 결과를 과학저널 ‘미국 국립과학원 회보’(PNAS) 최신호에 발표했다. 이 운석은 1969년 9월 28일 호주 멜버른에서 남쪽으로 100㎞ 떨어진 머치슨 근처에 떨어졌는데 시카고 대학 연구팀은 이 운석에서 태양계 형성 이전의 알갱이를 추출했다. 연구팀은 건초더미를 태워 바늘을 찾는 것처럼 운석을 산(酸)에 녹여 불순물을 없애고 태양 이전의 알갱이를 확보했다.

태양 이전의 알갱이는 지구에 떨어지는 운석 중 약 5%만 갖고있을 정도로 드물며, 큰 것 수백개를 뭉쳐놓아도 마침표 하나 크기에 불과할 정도로 작지만 태양계 이전 상황을 담고 있어 ‘타임캡슐’ 역할을 한다.

연구팀은 태양계 형성 이전 알갱이가 우주를 돌아다니는 고에너지 입자인 우주선(線)에 노출된 정도를 측정하는 방법으로 어떤 형태의 별에서 떨어져 나오고, 얼마나 오래된 것인지를 파악했다. 일부 우주선은 우주 알갱이의 광물과 상호작용해 새로운 원소를 형성하는데 우주선에 더 많이 노출될수록 더 많은 원소를 만들어내는 점을 활용했다. 연구팀은 이를 폭풍우 속에 내놓은 양동이에 비유했다. 비가 계속 내리는 것을 가정할 때 양동이 안에 모이는 물은 빗속에 얼마나 노출돼 있었는지를 말해주듯 알갱이 안에 있는 우주선이 만든 원소를 측정해 얼마나 오래된 것인지 알 수 있다는 것이다.

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▲ 태양계 이전 우주 알갱이를 전자 현미경으로 포착한 사진. 실제로는 8미크론(㎛)으로 아주 작다. 1미㎛은 0.001㎜와 같다.
AFP 연합뉴스

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▲ 머치슨 운석에서 발견된 태양계 이전 우주 알갱이(동그라미 안)는 에그 네불라(Egg Nebula)와 같은 별에서 떨어져 나왔을 것으로 추정된다.

헥 박사는 영국 BBC 인터뷰릍 통해 머치슨 운석의 알갱이 가운데 60%가 49억~46억년 전에 형성됐으며, 10%는 55억년 이전까지 거슬러 올라가며, 나머지는 더 오래 전이거나 더 가까운 오래 전인 것을 밝혀냈다. 지금까지는 55억년 전 알갱이가 가장 오래 된 것이었다.

특히 태양 이전 우주 알갱이는 별이 생을 다하고 폭발할 때 형성된 것이어서 이전 별의 역사에 대해서도 얘기해 줄 수 있는데, 약 70억년 전(또는 75억년 전) 일종의 ‘우주 베이비붐’처럼 새 별이 폭발하듯 늘어난 것으로 분석됐다. 은하 내 별의 생성이 많을 때도 있고 적을 때도 있는 등 부침이 있다는 주장과 일정한 비율로 꾸준하게 만들어진다는 반론 가운데 앞의 주장에 힘을 실어준다.

연구팀은 또 우주선이 알갱이 내 광물과 상호작용하는 과정을 분석하면서 태양 이전 알갱이들이 그래놀라처럼 덩어리가 져 우주를 떠다닌다는 것도 확인했다. 연구팀은 누구도 이런 규모의 덩어리가 떠다닐 것으로 예측하지 못했다고 밝혔다.

헥 박사 연구팀은 “이번 연구를 통해 우주먼지의 생애를 직접 측정할 수 있었다”면서 “우주먼지는 지구에 도달한 가장 오래된 물질이며, 이를 통해 이전의 어미별이나 우리 몸 속 탄소의 기원, 우리가 숨 쉬는 산소 등에 관해 알 수 있으며, 태양 형성 이전으로 추적해 올라갈 수 있다”고 했다.

임병선 기자 bsnim@seoul.co.kr

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