(A red giant (AGB star) produces heavy elements such as molybdenum and palladium, which form dust (red squares), while elements like cadmium and some palladium escape as gas. Supernova explosions also produce heavier elements and eject them into space as dust (blue triangles) and gas. In the interstellar medium, the stardust mixes with dust grains formed there. In the disc made of gas and dust, more volatile dust grains close to the hot, young sun are destroyed. Stardust from red giants is more resilient than the other dust and so accumulates in regions closer to the sun. The young Jupiter served as a barrier preventing the mixing of material from the inner and regions. Credit: Mattias Ek/Maria Schönbächler)
지구를 구성하는 물질 가운데 약간의 수소와 헬륨을 제외하면 거의 모든 물질이 별의 핵융합 반응 및 초신성 폭발의 결과로 만들어진 것입니다. 리튬보다 무거운 원소 (천문학에서 금속이라고 하는)는 우주 초기에는 없었으며 이후 핵융합 반응을 통해 만들어졌습니다. 이 과정도 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 태양 같은 비교적 가벼운 별이 적색 거성 단계를 거쳐서 우주에 물질을 방출하는 경우와 태양보다 수십 배 무거운 별이 초신성 폭발을 일으키며 훨씬 무거운 물질을 방출하는 것입니다.
물론 몇 세대 정도 지나면 적색 거성 역시 무거운 원소를 다량 포함하고 있어 죽을 때마다 우주에 여러 가지 물질을 방출해 다음 세대의 별과 행성을 생성합니다. 영겁의 세월 동안 물질이 섞이고 순환하기 때문에 지구를 구성한 물질이 어느 별에서 나왔는지 특정하기는 불가능합니다. 하지만 몇 가지 단서는 찾을 수 있습니다.
취리히 연방공과대학의 마리아 숀바흘러 교수(Maria Schönbächler, a professor at the Institute of Geochemistry and Petrology at ETH Zurich)가 이끄는 연구팀은 운석에 포함된 팔라듐 등의 동위원소 비를 연구해 과거 태양계를 형성했던 원시 행성계 원반 물질 구성을 연구했습니다.
연구팀에 따르면 적색거성에서 유래한 물질은 열에 강한 먼지를 포함하고 있는 반면 초신성에서 유래한 물질은 훨신 휘발성이 강한 특징을 지니고 있습니다. 따라서 별에 가까운 디스크에서는 적색거성 물질이 더 흔하고 별에 먼 디스크에서는 초신성 폭발 잔해가 더 흔합니다. 초기 목성이 강한 중력으로 이 두 가지 물질이 서로 섞이는 것을 방지했기 때문에 디스크는 두 가지 물질로 분리된 것으로 보입니다. 그리고 디스크 안에서도 위치에 따라 물질 구성이 조금씩 달라집니다. 예를 들어 지구와 화성의 원소 구성은 조금 차이가 있습니다.
이 연구 결과에 의하면 지구를 구성한 원소 중 상당수는 적색 거성의 잔해인 셈입니다. 물론 산소와 탄소보다 무거운 원소는 기본적으로 초신성 폭발을 일으키는 무거운 별에서 나온 것입니다. 이 무거운 원소들은 적색 거성에 포함되어 있다가 태양계 생성 순간에 물질을 공급했습니다. 우주 물질 순환과 윤회는 50억년 후 태양이 죽을 때에도 계속됩니다. 이 때 지구나 다른 행성이 흡수된다면 그 물질은 새로운 세대의 별과 행성에 옮겨갈 것이고 새로운 태양계가 형성될 것입니다. 우리 몸을 구성했던 원소도 언젠가 새로운 별과 행성의 일부가 될지 모릅니다.
참고
Mattias Ek et al. The origin of s-process isotope heterogeneity in the solar protoplanetary disk, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038/s41550-019-0948-z
댓글
댓글 쓰기