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‘빛의 풍차’가 우주먼지를 만든다 목록

조회 : 109 | 2019-05-16

지름 수십nm의 고운 우주먼지의 존재는 천문학의 미스터리 중 하나였다. 국내 연구팀이 강한 빛이 우주먼지를 회전시켜 더 고운 먼지로 만드는 과정을 밝혔다. 사진제공 한국천문연구원
지름 수십nm의 고운 우주먼지의 존재는 천문학의 미스터리 중 하나였다. 국내 연구팀이 강한 빛이 우주먼지를 회전시켜 더 고운 먼지로 만드는 과정을 밝혔다. (사진제공 한국천문연구원)


국내 연구진이 초신성 등 천체에서 나온 강력한 빛이 우주에 떠다니는 입자를 풍차처럼 회전시키고, 그 회전력이 입자를 쪼개며 매우 고운 먼지를 만든다는 사실을 알아냈다. 

 



한국천문연구원 이론천문연구센터 티엠 황·안상현 선임연구원과 이혜승 연구원 연구진은 8일 블랙홀 강착원반과 크고 밝은 별, 초신성 같은 천체가 내는 빛이 우주먼지를 형성하는 새로운 생성 과정을 알아냈다고 밝혔다.



우주먼지는 별이 수명을 다 해 죽으면서 생겨난 잔해 가운데 하나다. 뭉쳐지면 새로운 별이 탄생하기 위한 재료가 되기도 한다. 이산화탄소, 물, 유기분자 등 생명을 구성하는 물질도 우주먼지 표면에서 형성된다. 우주먼지를 죽어가는 별에서 나온 ‘별의 시신’이면서 다시 새로운 별의 탄생을 유도하는 ‘별의 요람’으로 부르는 이유다. 



우주먼지 가운데에는 입자 지름이 지구의 초미세먼지(PM2.5)보다 약 100분의 1 수준으로 작은 고운 먼지가 있다. 지름 수십nm(나노미터. 1nm는 10억 분의 1m) 크기인데, 그 동안 이렇게 작은 우주먼지가 생겨난 과정은 밝혀지지 않았다. 



연구진은 미세한 우주먼지가 초신성과 무겁고 밝은 별, 블랙홀 강착원반 등 강한 빛을 내는 천체 주변에 많다는 사실에 주목했다. 연구팀은 급격히 크고 밝아지는 천체인 ‘초신성’ 가운데 ‘Ia 형 초신성’의 초기 단계를 관측했다. Ia형 초신성은 태양보다 약 1.4배 무거운 별이 핵융합을 마쳐 형성된 ‘백색왜성’이 폭발하면서 형성되는 초신성이다. 



관측 결과 초신성 근처에 놓인 우주먼지가 별 빛의 압력을 받아, 마치 바람을 받은 풍차가 회전하듯 초당 10억 바퀴까지 빠르게 회전한다는 사실을 발견했다. 빛 알갱이(광자)가 뻗어 나가며 마치 바람처럼 압력을 가해 입자 덩어리를 회전시킨 것이다. 강한 회전은 원심력을 형성했고, 먼지가 견딜 수 있는 힘보다 더 큰 원심력이 작용하게 되면 먼지가 쪼개지게 된다. 풍차에 물풍선을 달고 회전시키면 물풍선이 바깥쪽으로 길게 늘어나다 어느 순간 터지는 것과 같다.







 

강한 광원에서 나오는 빛에 의해 주변 먼지들의 회전 속도가 증가하고, 초당 10억 바퀴에 이르는 빠른 회전 속도까지 늘어나 결국 먼지를 쪼갠다. 사진제공 한국천문연구원
강한 광원에서 나오는 빛에 의해 주변 먼지들의 회전 속도가 증가하고, 초당 10억 바퀴에 이르는 빠른 회전 속도까지 늘어나 결국 먼지를 쪼갠다. (사진제공 한국천문연구원)


연구팀은 이 현상은 여러 크기와 종류의 천체에서 두루 일어난다는 사실도 밝혔다. 초신성 주변에서는 주변 수 광년 범위에서 일어났고, 밝고 무거운 별이 1000개 이상 모여 있는 거대한 ‘별 탄생 영역’에서는 수십 광년 범위에서 일어났다.



이번 연구를 이끈 티엠 황 선임연구원은 “1952년 노벨물리학상을 수상한 에드워드 퍼셀은 1979년 논문에서 ‘우주 먼지는 원심력에 의해 쪼개질 수 없다’고 주장했지만, 먼지가 강한 광원 근처에 위치한다면 작게 쪼개질 수 있다는 사실을 새롭게 밝혔다”며 “오랫동안 풀리지 않던 우주의 많은 퍼즐을 풀 수 있을 것”이라고 말했다. 



이번 연구는 다양한 우주의 비밀을 풀 때 활용될 전망이다. 안 선임연구원과 이 연구원은 “작은 먼지는 짧은 파장의 빛을 더 잘 흡수하고 산란한다”며 “작은 먼지의 양과 내부 분포는 초신성이나 최초 은하의 밝기에 영향을 준다. 이번 연구로 초신성을 이용해 우주의 크기와 나이를 측정하거나, 우주 최초의 은하를 연구할 수도 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 천문학’ 6일자에 소개됐다다.












출처 : 동아사이언스(http://www.dongascience.com)

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