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2018년 4월 10일 화요일

태양계에서 가장 오래된 자기 기록


(Magnetic induction map of a magnetically non-uniform kamacite grain (consisting mostly of iron), which is encased within a dusty olivine crystal in a meteorite. The arrows and the color wheel indicate the direction of magnetic induction. Scale bar: 200 nm. Credit: Shah et al. Published in Nature Communications)


 하드디스크처럼 정보를 저장하는 저장장치는 자기 기록 방식을 사용합니다. 그런데 흥미롭게도 자연적으로 자기 정보를 오랜 세월 보존하는 자연 자기 기록도 존재합니다. 뜨거운 광물이 식으면서 자기기록이 영구적으로 보존되는 것입니다. 이런 고자기기록 (paleomagnetism)은 지구의 자기 역전을 비롯한 다양한 과학적 사실을 밝히는데 사용되었습니다. 


 이런 자기기록은 사실 지구 자기장만이 아니라 태양계의 역사를 밝히는데도 사용될 수 있습니다. 운석 역시 자기기록을 지니고 있기 때문입니다. 하지만, 운석에 풍부한 철 금속 결정은 비균질 (non-uniform) 형태로 자기 기록이 오래 보존되기 어려운 형태의 결정입니다. 아무리 오랜 세월 안정된 온도와 진공에 가까운 환경 변화가 없는 우주 공간에 있다고 해도 태양계 형성 당시의 자기 기록인지 확신하기 어렵다는 것입니다. 


 제이 샤(Jay Shah)를 비롯해 영국, 독일, 노르웨이의 국제 과학자팀은 이를 검증하기 위해 운석에 풍부한 감람석(olivine)의 비균질 결정을 특성을 조사했습니다. 연구팀은 감람석 속의 나노미터 크기의 철 결정을 섭씨 300도로 가열 한 후 nanometric magnetic imaging and off-axis electron holography라는 최신의 이미징 기술을 이용해서 관찰했습니다. 운석이 처음 생성되었던 환경을 재현해서 관찰한 것입니다. 


 그 결과 비균질 철 결정에 기록된 자기장이 40억년 이상 유지될 수 있다는 증거가 발견되었습니다. (iron with non-uniform magnetization states can retain magnetic recordings from more than 4 billion years ago) 따라서 이를 통해 태양계 초기 운석에서 자기장의 기록을 찾아낼 수 있을 것으로 기대됩니다. 


 전자기력은 우주 어디에나 존재하는 힘으로 초기 작은 운석과 먼지들이 뭉쳐서 행성까지 성장하는 데 중요한 역할을 했다고 생각됩니다. 따라서 태양계에서 가장 오래된 자기 기록을 찾는 것은 태양계 역사를 재구성하고 초기 행성의 생성을 이해하는 데 도움을 줄 것입니다. 물론 이렇게 오래된 자기 기록을 다시 복원하는 것은 여전히 쉽지 않은 문제겠지만, 결국 과학자들이 답을 찾아낼 것으로 생각합니다. 


 참고 


 Jay Shah et al. "The oldest magnetic record in our solar system identified using nanometric imaging and numerical modeling." Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-018-03613-1




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