우주의 생명체 형성에서 재순환의 역할에 대한 중요한 단서가 발견됐다.

영국 켄트대 우주물리학 및 행성과학센터 과학자들은 별들이 죽어가면서 버려지는 물질들이 어떻게 새로운 별과 행성을 만드는데 재활용되는지를 처음으로 밝혀냈다.

연구팀은 별들의 생애에서 여러 상이한 단계들을 조사하고 별들의 진화 주기에 관한 새로운 지식을 확보해, 우주에서의 생명체 출현 핵심 단계와 관련된 더욱 많은 정보를 발견하는 성과를 거뒀다.

과학자들은 오랫동안 인간 생명을 구성하는 물질들이 우주 생성 초기에는 존재하지 않은 것으로 알고 있었다.

탄소와 산소 같은 원소들은 별의 내부 깊숙한 곳에서 형성돼 별이 폭발할 때 방출된다. 그러나 지금까지 명확하게 규명되지 않은 것은, 폭발하지 않은 대다수 수많은 별들에 존재하는 이런 물질들에 어떤 일이 일어나고, 이에 따라 이 물질들이 어떻게 추출돼 새로운 행성들과 생물권 발생에 기여하느냐 하는 점이다.

처음으로 원시행성 성운 형성 시뮬레이션

연구를 수행한 마이클 스미스(Michael Smit) 교수와 박사과정생인 이고르 노비코프(Igor Novikov) 연구원은 ‘왕립 천문학회지’(Royal Astronomical Society) 12일 자에 발표한 논문(Numerical simulations of wind-driven protoplanetary nebulae - I. near-infrared emission)에서 이 같은 핵심적인 의문에 대한 해답을 제시했다.

연구팀은 자체 포지(Forge) 슈퍼컴퓨터로 2차원 모델링을 수행해 상이한 환경조건 아래에서 별들로부터 방출되는 빛의 패턴을 지도화했다. 그리고 이를 통해 별에서 튀어나온 물질이 어떻게 이동되고 성간(星間) 가스와 혼합돼 새로운 천문학적 물체를 형성하는지를 이해할 수 있었다.

이 실험은 처음으로 원시 행성(Protoplanetary) 성운의 상세한 형성 상황을 시뮬레이션한 것으로, 이 천문학적 물체들은 별의 후기 진화 동안에 발생한다.

연구팀은 별이 나이가 들면서 방출하는 물질들의 셸(shell)이 어떻게 형성되는지를 모델링했다. 이 셸들은 행성상 성운이나 고리 모양의 가스 및 먼지 구름을 형성하며, 밤하늘에서 관측이 가능하다.

“인간 문명, 우주 재순환 물질 생성 최고조일 때 탄생”

이번 연구는 별에서 방출된 가스와 에너지가 어떤 형태로 어떻게 우주로 되돌아오는지를 나타내 준다.

연구팀은 죽어가는 별들에서 생성되는 원소들은 조각으로 분해되는 과정을 통해 이동되며, 새로운 별과 행성들로 재순환된다는 사실을 발견했다.

스미스 교수는 “처음에는 시뮬레이션 결과에 당황했다”며, “그래서 죽어가는 적색 거성들에서 방출된 셸들에 무슨 일이 일어나는지를 이해할 필요가 있었다”고 밝혔다.

그는 “우리는 셸들이 일시적인 것이어야 한다고 제안했는데, 그 이유는 셸들이 온전하게 남아있다면 우리 우주에 생명체가 존재할 수 없고 지구도 비어있을 것이기 때문”이라고 말했다.

스미스 교수에 따르면 셸들은 균일하지 않고 대부분 차갑고 분자적인 경향이 있다. 이 분자적 셸들은 튀어나온 돌출부로 분해돼 온전성을 잃게 된다. 이와 대조적으로 따뜻한 원자 셸들은 온전하게 남아 있는다.

스미스 교수는 “이는 우리 우주 안에서 탄소와 다른 물질들이 어떻게 이동되고 재사용되는지에 대한 중요한 단서를 제공한다”고 강조하고, “우리 문명은 재순환된 물질 생성이 최고조일 때 존재하게 되었고, 이것은 우연의 일치가 아닌 것 같다”고 말했다.