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초신성 폭발 - 대량 멸종의 원인일까?



(The ultraviolet radiation from a nearby supernova may have resulted in changes in life on Earth. Credit: David Aguilar (CfA))​

(The globally averaged change in ozone density, as a percent difference at 100 years, 300 years, and 1000 years after a nearby supernova explosion. Credit: Brian Thomas)
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​ 지구 생명은 크고 작은 멸종 사건을 겪으면서 지금처럼 진화했습니다. 지구상 모든 생명체가 사라질 것 같은 대규모 멸종에서도 꿋꿋이 살아남아 지금의 생태계를 이룩한 것입니다. 이 사실은 분명하지만, 모든 멸종 사건의 원인이 다 밝혀지진 않았습니다. 비조류 공룡과 다른 중생대 생물의 대량 멸종을 부른 소행성 충돌은 잘 알려져 있지만 페름기 말 대멸종을 비롯한 크고 작은 멸종 사건의 원인에 대해서는 일부만이 밝혀진 상태거나아예 이유를 모르는 경우가 많습니다.


 원인 모를 멸종 사건의 원인으로 종종 지목된 것이 바로 초신성 폭발입니다. 지구에서 수백 광년 이내에서 초신성이 폭발할 경우 지구 생태계에 심각한 타격을 줄 수 있습니다. 물론 이런 일이 자주 생기지는 않지만, 이론적으로는 충분히 가능한 일입니다. 문제는 실제로 일어났는지 검증이 어렵다는 점입니다. 실제로 초신성 폭발로 인해 지구 생명체가 대량 사멸했더라도 그 증거가 지층에 남기 어렵습니다. 이로 인해 초신성 멸종 가설은 항상 과학계에서 논쟁이 되곤 했습니다.


 워시번 대학의 브라이언 토마스 박사(Dr. Brian Thomas, an astrophysicist at Washburn University in Kansas)는 250만년 전과 800만년 전 태양계에서 비교적 가까운 위치에서 폭발한 것으로 보이는 초신성이 지구 생태계에 어떤 영향을 줄 수 있는지 모델링했습니다. 이 시기는 각각 플리오세(Pliocene, 선신세)와 플라이스토세 (Pleistocene, 홍적세)로 특히 250만 년 전인 Pliocene–Pleistocene boundary의 지층에서는 iron-60 (60Fe) 동위원소 농도가 높게 발견되는데, 이는 인근의 초신성 폭발의 결과물로 생각되고 있습니다.


  하지만 이 시기 근처에서 폭발한 초신성이 진짜 당시 있었던 멸종 사건의 원인인지는 논쟁이 있습니다. 일부 과학자들은 기후 변화 같은 전통적인 설명을 더 선호하는 반면 다른 과학자들은 실제로 영향을 주었을 것이라고 생각합니다. 토마스 박사는 초신성이 지구 대기에 미치는 영향을 몇 가지 모델을 통해서 분석했습니다. 여기에는 몇 가지 흥미로운 사실이 있습니다.


 가장 흥미로운 이야기는 대다수 사람들이 생각하는 것처럼 강력한 방사선이 지구를 덮쳐 모든 생물체를 한 번에 끝장내는 식으로 영향을 주는 것이 아니라는 점입니다. 그 정도로 가까이에서 폭발하거나 감마선 버스트가 지구 방향을 향할 가능성은 극히 드물 것입니다. 토마스의 모델은 수백 광년 이내에서 폭발한 초신성의 방사선과 고에너지 입자가 우주의 성간 가스에 의해 속도가 느려져 여러 차례에 걸쳐 지구를 덮치는 식을 영향을 주게 됩니다. 예를 들어 100, 300, 1000년 시기에 방사성 입자가 지구를 덮치는 것입니다.


 하지만 지구의 자기장을 통과한 고에너지 입자라도 두터운 지구 대기를 완전히 투과하기는 어렵습니다. 따라서 흔히 생각하듯이 방사선 때문에 지구 표면의 생물이 사멸하는 것이 아니라 지구 대기 상층의 오존층에 심각한 영향을 미쳐 생태계를 파괴합니다. 다만 이 경우에도 대량 멸종의 원인이 될 수 있는지는 여전히 분명하지 않은 부분이 있습니다.


 250만년 전 지구 근방에서 폭발한 초신성이 어떤 영향을 미쳤는지 앞으로 계속 연구가 필요하지만, 지구 근처 초신성 폭발은 먼 과거의 일이 아니라 가까운 미래에도 발생할지도 모르는 일입니다. 앞으로 여기에 대한 흥미로운 연구 결과가 나오기를 기대합니다.



 참고



Brian C. Thomas. Photobiological Effects at Earth's Surface Following a 50 pc Supernova, Astrobiology (2017). DOI: 10.1089/ast.2017.1730
This story is republished courtesy of NASA's Astrobiology Magazine. Explore the Earth and beyond at www.astrobio.net .



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