우주 이야기 1305 - 초기 은하에서 재활용되는 초신성 폭발 후 물질

 

(Direct imaging on the gas recycling around massive galaxy 11 billion years ago. Credit: Department of Astronomy, Tsinghua University)

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거대한 질량을 지닌 별의 수명은 짧습니다. 태양보다 8배 이상 무거운 별은 빠른 속도로 연료를 소모하면서 뜨겁게 빛난 후 초신성 폭발의 형태로 최후를 맞이합니다. 그리고 주변으로 무서운 원소를 대량으로 뿌려 지구 같은 행성과 인간 같은 생명체의 탄생을 가능하게 합니다.

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초신성 폭발은 지금보다 우주에 가스가 많고 밀도가 높았던 우주 초기에 활발했습니다. 최근 국제 과학자팀은 이런 초기 은하의 초신성 폭발에서 나온 물질이 다시 별의 생성 원료로 재활용되는 과정을 포착했습니다.

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2017년 발갼된 MAMMOTH-1 성운은 110억 년 전 은하 주위에 있는 가스 성운으로 그 정체에 대해서는 잘 몰랐습니다. 연구팀은 켁 망원경을 이용해 MAMMOTH-1의 가스 흐름과 물질을 분석했습니다.

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관측 결과 이 성운에는 은하로 돌아가는 세 개의 흐름이 있었는데, 그 가운데 두 개는 중심의 퀘이사를 향하고 있었습니다. 중심부의 거대 질량 블랙홀이 가스를 끌어들이는 역할을 하는 것입니다.

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그런데 이 가스 가운데는 탄소처럼 무서운 원소가 많았습니다. 본래 우주에 있던 수소와 헬륨보다 무거운 원소가 많다는 것은 이 가스의 기원이 초신성이라는 강력한 증거입니다.

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초기 우주에 빈번했던 초신성 폭발은 은하 밖으로도 가스를 뿜어냈을 것입니다. 하지만 결국 중력에 의해 다시 은하로 돌아오는 물질의 순환이 이뤄지며 새로운 별을 만드는데 재활용 됐을 것입니다. 어쩌면 우리 은하와 태양계도 이런 과정을 거쳐 행성을 만드는데 필요한 원소들을 얻었을 가능성이 있습니다.

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별의 죽음은 끝이 아니라 더 큰 물질 순환을 위한 재료가 됩니다. 그렇게 봐서 그런지는 몰라도 사진이 뭔가 죽은 별의 영혼이 다시 돌아오는 것처럼 생긴 것 같습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-05-gas-massive-galaxy-evidence-material.html

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Shiwu Zhang et al, Inspiraling streams of enriched gas observed around a massive galaxy 11 billion years ago, Science (2023). DOI: 10.1126/science.abj9192

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