(These transmission electron microscope (TEM) images reveal that one interstellar grain consists of a small crystalline enstatite core within a non-crystalline (amorphous) silicate of similar elemental composition. The ‘bright field’ TEM image on the left shows density contrast, where the thick dark rind surrounding the interstellar grain (circled in red) is a protective platinum strap used for sample preparation. In the ‘dark field’ TEM image on the right, crystalline materials appear bright and amorphous materials are dark. The scale bar is 50 nanometers in length, 50 billionths of a meter. Credit: NASA)
우주진(stardust)은 우주에 존재하는 작은 입자들입니다. 그 구성 성분은 매우 다양한데, 지구로 대기를 통과해서 지표로 떨어지는 것 가운데는 규산염(silicate) 입자들이 존재합니다. 사실 지구에 흔한 먼지 입자 가운데 이들을 구분해서 찾아내는 일은 쉽지 않지만, 남극의 빙하처럼 본래는 암석이 존재하지 않는 장소 등에서 이를 수집해서 채취하는 일은 가능합니다.
나사 존슨 우주 센터의 천체물질 연구 및 탐사 과학부(Astromaterials Research and Exploration Science Division at NASA's Johnson Space Center)의 과학자들은 이보다 더 어려운 과제에 도전했습니다. 우주에서 기원한 규산염 우주진 운석 중에서 다시 우리 태양계 보다 더 오래전에 생성된 입자들을 찾아내는 것입니다.
이 입자들은 규산염 우주진 5000개 중에 한 개 수준으로 희귀한 입자들입니다. 겉보기에는 태양계를 형성한 입자와 다를 것이 없지만, 그 동위원소비를 측정하면 우리 태양계에서 기원한 입자가 아니라는 사실을 알 수 있습니다. 그렇지만 사실 평균 크기가 1000분의 1mm에도 못미치는 작은 입자를 찾아내는 일은 쉽지 않은 일입니다.
나사의 과학자들은 이런 입자 9개를 찾아냈는데 위의 사진에서 보듯이 투과 전자 현미경으로 존재를 확인할 수 있을 만큼 작은 입자들입니다. 그럼에도 불구하고 이들의 기원은 매우 다양합니다.
연구의 리더인 앤 능엔 박사(Dr. Ann Nguyen, Jacobs cosmochemist at NASA's Johnson Space Center)에 의하면 이 작은 먼지 입자들은 신성, 초신성, 그리고 적색 거성에서 기원한 것이라고 합니다. 과학자들은 각각의 입자의 동위원소에서 그 기원을 추정할 수 있습니다.
더 나아가 연구팀은 이 작은 입자를 쪼개 내부 구조를 조사했습니다. (사진 참조) 연구팀에 의하면 본래 규산염 입자들은 실리콘 결정을 이루게 되는데, 우주에서 강력한 고에너지 방사선에 노출되면 이 결정이 비결정형(amorphous)이 될 수 있다고 합니다. 이번 연구에서는 한 개의 입자에서 이런 현상이 확인되었습니다.
연구팀은 이를 근거로 은하계의 규산염 입자들이 결정형을 잃어버릴 만큼 강력한 방사선에 노출되는 경우는 드문 것 같다는 결론을 내렸습니다.
이런 결론보다 더 놀라운 것은 이런 작은 입자를 찾아내서 연구를 할 수 있다는 점입니다. 물론 우리의 편견이 들어가 있겠지만, 어쩌면 우주에서 가장 경탄스러운 존재 중 하나는 바로 인간인 것 같습니다.
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