인간 원소의 고향, 폭발 직전의 초신성

우리 몸을 구성하는 탄소, 산소, 황 같은 무거운 원소들의 고향은 심우주다. 태양보다 훨씬 더 큰 별 안에서 생성, 별이 수명이 다해 초신성 폭발을 일으킬 때 우주로 날아왔다. 천문학자들이 ‘우리는 별 먼지로 만들어진 존재’라고 말하는 이유다.

초신성 폭발을 앞둔 별은 양파 껍질 같은 구조를 갖고 있다. 핵융합을 통해 만들어진 다양한 원소들이 층을 이루고 있다. 가장 바깥층엔 수소, 헬륨이 자리하고 안쪽으로 들어갈수록 탄소, 산소, 마그네슘, 규소, 황, 아르곤 등 더 무거운 원소들이 층을 이룬다.

가장 안쪽 핵에는 철이 자리잡고 있다. 철은 규소와 황의 핵융합 산물이다. 실제로 초신성 폭발할 땐 원소들이 뒤섞여버리기 때문에 이런 구조를 확인하기는 어렵다. 철의 탄생은 별의 종말이 임박했다는 신호다. 철 융합은 에너지를 방출하는 것이 아니라 흡수하기 때문이다.

20억광년 거리에서 죽음을 앞둔 거대한 별이 초신성 폭발을 일으키기 전 껍질을 벗고 속을 드러낸 희귀한 우주 현상을 처음으로 발견, 국제학술지 네이처에 발표했다. 가벼운 원소들로 된 외부층은 거의 사라지고 규소, 황 같은 무거운 원소로 이루어진 내부층이 드러났다. 인간 탄생의 가장 깊은 기원 물질이 모여 있는 현장을 보여준 셈이다.

별 안쪽에서 격렬한 압력이 발생하면서 초신성 폭발 전에 순차적으로 각 물질의 층이 벗겨져, 관측된 껍질층이 형성되기 위해 태양 질량의 약 3배에 달하는 질량이 방출되었을 것으로 추정했다. 논문 제1저자인 스티브 슐츠 박사는 뼈대만 남을 정도로 바깥층이 벗겨진 별을 관측한 것은 처음이며, 이는 별들이 초신성 폭발을 일으키기 전에도 많은 물질을 잃을 수 있음을 보여준다.

그러나 초신성 초기 단계에서 사라지는 헬륨까지 아직 남아 있는 건 매우 이례적인 현상이었다. 헬륨은 수천년 전에 사라졌어야 했다. 연구진은 동반별이 별의 층별 구조를 찢고 헬륨을 밀어넣었거나, 원래의 별에서 제트가 뿜어져 나왔을 수 있다고 했으나, 앞으로 풀어야 할 수수께끼다.

연구진은 이 초신성은 수소와 헬륨이 벗겨지고 산소와 규소, 황이 풍부한 내부 층이 노출된 별이 폭발한 새로운 유형이라며, ‘1형en’으로 명명하기로 했다.

본문 이미지: 한겨레신문사