숭실대 천명기 교수 "초신성폭발 시 중성미자에 의한 핵합성 과정 규명" 

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 한국·일본·중국·미국 공동연구진이 별똥별(운석) 속의 특정 방사성 동위원소를 측정, 태양계 생성 전에 일어난 초신성폭발에 대한 정보를 얻을 수 있다는 연구 결과를 내놨다.

숭실대 우주물질연구소 천명기 교수팀은 4일 일본 국립천문대(NAOJ), 중국 베이징대, 미국 노트르담대 연구진과 함께 태양계에 존재하는 원소 중 테크네튬(Tc)의 동위원소인 테크네튬-98(98Tc)이 초신성폭발 과정에서 중성미자에 의해 생성될 수 있음을 규명했다고 밝혔다.

이 연구는 초신성폭발에서 중성미자에 의한 핵합성 연구를 통해 테크네튬-98의 생성 기원을 예측한 것으로, 그동안 핵합성 과정에서 중요하게 다뤄지지 않은 중성미자가 초신성 폭발 때 원소 생성에 크게 기여할 수 있음을 보여준다고 연구진은 설명했다.

특히 이 연구는 운석 속의 테크네튬-98과 이 원소가 붕괴해 생성되는 루테늄-98(98Ru)을 측정, 태양계가 형성될 때 재료를 제공한 초신성 폭발에 대한 정보를 얻을 수 있는 가능성을 제시한 것이어서 주목받고 있다.

핵융합 반응으로 빛을 내는 별들은 내부의 수소 등 물질이 모두 소진되면 그 질량에 따라 각기 다른 최후를 맞는다.

태양은 45억년 뒤 연료가 떨어지면 적색거성으로 변하며 생을 마치지만 태양보다 질량이 10배 이상 큰 별은 초신성 폭발(supernova)로 엄청난 빛과 함께 중성미자, 탄소(C), 철(Fe) 같은 원소들을 내뿜으며 최후를 맞는다. 초신성폭발로 분출된 물질들은 다른 별이나 행성의 재료가 된다.

초신성 폭발과정에서는 원자핵이 중성자를 포획해 점점 무거워지고 그 핵들이 붕괴해 다양한 핵종들이 만들어지는데, 테크네튬-98의 생성과정은 독특하다. 테크네튬-98의 주변 원소들은 모두 안정한 것들이어서 주변 원소 붕괴로는 생성될 수 없고 중성미자에 의한 핵합성으로 설명할 수밖에 없다고 연구진은 설명한다.

중성미자는 지금도 매초 엄지손톱만 한 면적에 약 700억개가 통과하고 있지만 물질과 반응하는 성질이 극히 약해 사람들은 그것을 느끼지 못하고 정밀기기로도 검출이 어려워 '유령 입자'로 불린다.

이 때문에 중성미자는 핵합성에 크게 기여하지 않으리라고 여겨져 왔으나 연구진은 이 연구에서 여섯 가지 중성미자 중 반전자중성미자(electron anti-neutrino)가 테크네튬-98 생성에 크게 기여한다는 사실을 밝혀냈다.

천명기 교수는 "테크네튬-98이 루테늄-98로 붕괴해 절반으로 줄어드는 데 약 420만년이 걸린다"며 "태양계 운석(별똥별) 성분을 분석해 테크네튬-98과 루테늄-98 비율을 알아낼 수 있다면 태양계에 영향을 미친 초신성폭발이 언제 일어났는지도 추정할 수 있다"고 말했다.

그는 또 "이 연구는 초신성 폭발과정과 그때 생성되는 원소의 기원을 추정하는데 중성미자 역할이 중요함을 보여준다"며 "분석기술이 빠르게 발전하고 있어 머지않아 운석 속의 테크네튬-98과 루테늄-98 측정이 가능해지고 이를 통해 태양계 형성 당시의 초신성폭발에 대한 정보도 얻을 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

이 연구 결과는 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters)에 게재됐다.

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인저리타임 이주영 scitech@yna.co.kr 이주영의 기사 더보기

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