금, 납, 우라늄 등 원소 탄생의 비밀 담긴, 중성자별 충돌 [지식용어]

[시선뉴스 심재민 / 디자인 이연선] 지난 10월 17일 우주 공간을 연구하는 국제 공동연구팀에서 새로운 소식이 들려왔고, 이는 전 세계의 이목을 집중시켰다.

국제공동연구팀에 따르면 '중성자별 충돌' 현상이 사상 최초라는 수식을 붙음과 동시에 여러 의의를 지니며 연구팀에 의해 관측됐다고 한다. 여기서 중성자별이란 *초신성 폭발을 일으킨 후 남은 잔해로, 밀도가 매우 높고 질량은 대체로 태양의 1.1∼2.0배 수준,크기는 **백색왜성보다는 크고 블랙홀보다는 작다.

(*초신성 : 질량이 큰 별이 진화하는 마지막 단계로, 급격한 폭발로 엄청나게 밝아진 뒤 점차 사라진다.  / **백색왜성 : 밀도가 높고 흰빛을 내는 작은 항성. 지름은 지구와 질량은 태양과 비슷하다)

연구팀에 따르면 최초 올해 8월 17일 한 국제 관측단이 중성자별 충돌로 인한 중력파 현상을 미국 2곳과 이탈리아 1곳에 있는 중력파 관측시설로 관찰했다. 이후 중력파가 종료된 지 2초 후부터는 NASA의 페르미 감마선 전파망원경과 유럽우주관측소(ESO)의 감마선 전파망원경이 약 2초간의 짧고 약한 감마선 폭발 현상까지 포착했다. 이처럼 중력파와 감마선 폭발 현상이 동시에 감지된 것은 이번이 처음이다.

이후 우리나라를 비롯한 전 세계 연구진들의 공동 연구가 이어졌다. 먼저 국제공동연구진은 이번에 충돌한 두 중성자별의 크기를 도출해 냈다. 연구 결과에 따르면 질량이 각각 태양의 1.36∼1.60배, 1.17∼1.36배로 추정되는 중성자별 두 개가 충돌하면서 발생한 것으로 나타났다.

이 과정에서 국내 연구진의 큰 성과도 눈에 띈다. 추적조사를 통해 국내 연구진은 별의 광도 곡선과 색깔 변화 등이 킬로노바(kilonova) 현상의 이론과 일치함을 밝혔다. 킬로노바는 중성자별 두 개가 충돌하면서 합쳐져 블랙홀이 되는 전후에 발생하는 현상으로,이때 중성자가 마구 튀어나오면서 무거운 원소들이 만들어지는데 지구를 비롯한 우주에 있는 금(金)/백금/납/우라늄 등 무거운 원소들 대부분이 이런 과정을 거쳐 생성되는 것으로 알려졌다.  

이처럼 이번 중성자별 충돌은 여러 의의가 있다. 우선 중성자별 충돌의 증거로 예측돼 온 이론 '킬로노바' 현상에 대해 처음으로 명확히 관측한 사례라는 것이다. 그리고 국제공동연구팀의 협동연구를 통해 성과를 거두었다는 점도 높이 살만 하다. 따라서 이번 연구가 여러 국가에 있는 다양한 관측 수단을 함께 이용해 천체 현상을 연구하는 '다중신호 천문학' 탄생을 알린 것이라는 기대가 나오고 있다.

이번 관측 결과는 공동 연구의 의의를 살려 과학 학술지 '네이처', 물리학 권위지 '피지컬 리뷰 레터즈'(PRL), 천체물리학 권위지 '애스트로피지컬 저널 레터즈'(ApJL) 등에 논문 7편으로 나뉘어 실리기도 했다.

국제화 시대 우주에 대한 연구도 효율성을 높이기 위해 이처럼 각 국가의 기관, 장비,인력이 하나로 뭉쳐 시너지를 발휘하고 있다. 이들의 두뇌와 장비, 정보가 이루는 협동이 또 어떤 우주의 비밀을 밝혀낼 수 있을까? 전 세계의 이목이 집중되고 있다.