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[IT뉴스]폭발 직전의 초신성, 인간 원소의 고향 드러냈다

온카뱅크관리자

2025-08-22 09:37:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 곽노필의 미래창 별 껍질층 벗겨내고 안쪽 규소·황 노출 20억광년 거리서 이례적 현상 첫 관측 
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 <img alt="바깥층의 가벼운 원소를 잃고 안쪽의 규소(회색), 황(노란색), 아르곤(보라색) 등 무거운 원소층을 드러낸 폭발 직전의 초신성 ‘SN 2021yfj’을 묘사한 그림. 노스웨스턴대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/22/hani/20250822093615340ouur.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="fMg0KsJqm9" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/22/hani/20250822093615340ouur.jpg" width="658">
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 바깥층의 가벼운 원소를 잃고 안쪽의 규소(회색), 황(노란색), 아르곤(보라색) 등 무거운 원소층을 드러낸 폭발 직전의 초신성 ‘SN 2021yfj’을 묘사한 그림. 노스웨스턴대 제공
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 우리 몸을 구성하는 탄소, 산소, 황 같은 무거운 원소들의 고향은 심우주다. 태양보다 훨씬 더 큰 별 안에서 생성돼, 별이 수명이 다해 초신성 폭발을 일으킬 때 우주로 방출돼 날아왔다. 천문학자들이 ‘우리는 별 먼지로 만들어진 존재’라고 말하는 이유가 여기에 있다. 과학자들은 초신성 폭발을 앞둔 별은 양파 껍질 같은 구조를 갖고 있다고 말한다. 핵융합을 통해 만들어진 다양한 원소들이 층을 이루고 있다는 얘기다. 가장 바깥층엔 수소, 헬륨이 자리하고 안쪽으로 들어갈수록 탄소, 산소, 마그네슘, 규소, 황, 아르곤 등 점점 더 무거운 원소들이 차례로 층을 이룬다. 가장 안쪽 핵에는 철이 자리잡고 있다. 철은 규소와 황의 핵융합 산물이다. 그러나 실제로 초신성 폭발할 땐 원소들이 뒤섞여버리기 때문에 이런 층 구조를 확인하기는 매우 어렵다. 철의 탄생은 별의 종말이 임박했다는 신호다. 철 융합은 에너지를 방출하는 것이 아니라 에너지를 흡수하기 때문이다. 미국 노스웨스턴대가 주축이 된 국제공동연구진이 20억광년 거리에서 죽음을 앞둔 거대한 별이 초신성 폭발을 일으키기 전에 껍질을 벗고 속을 드러낸 희귀한 우주 현상을 처음으로 발견해 국제학술지 네이처에 발표했다. 가벼운 원소들로 된 외부층은 거의 사라지고 규소, 황 같은 무거운 원소로 이루어진 내부층이 드러났다. 인간 탄생의 가장 깊은 기원 물질이 모여 있는 현장을 보여준 셈이다. 
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 <img alt="초신성 ‘SN 2021yfj’의 구조. 맨위(a)는 핵융합으로 무거운 원소가 중앙에, 가벼운 원소가 바깥쪽에 있는 층상 구조. 가운데(b)는 연구진이 관찰한 규소-황 층. 별의 수명이 다할 무렵 규소-황 층이 방출되면서 핵을 둘러싸고 있는 규소층이 드러났다. 아래(c)는 핵융합이 끝난 별의 핵이 중력 붕괴로 초신성 폭발을 일으킨 뒤 중성자별이나 블랙홀이 되는 과정을 묘사한 그림. 네이처 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/22/hani/20250822093616595eodz.jpg" data-org-width="751" dmcf-mid="161arKHEw5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/22/hani/20250822093616595eodz.jpg" width="658">
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 초신성 ‘SN 2021yfj’의 구조. 맨위(a)는 핵융합으로 무거운 원소가 중앙에, 가벼운 원소가 바깥쪽에 있는 층상 구조. 가운데(b)는 연구진이 관찰한 규소-황 층. 별의 수명이 다할 무렵 규소-황 층이 방출되면서 핵을 둘러싸고 있는 규소층이 드러났다. 아래(c)는 핵융합이 끝난 별의 핵이 중력 붕괴로 초신성 폭발을 일으킨 뒤 중성자별이나 블랙홀이 되는 과정을 묘사한 그림. 네이처 제공
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 어디에서도 볼 수 없었던 ‘1형en’ 초신성 연구진이 ‘SN 2021yfj’라는 이름의 이 별을 발견한 건 2021년 9월 캘리포니아 팔로마천문대의 츠비키망원경 관측을 통해서였다. 연구진은 이 별이 원래 태양 질량의 약 60배였을 것으로 추정했다. 연구진은 하와이 켁천문대 망원경을 이용한 추가 관측을 통해 빛과 원소를 분석했다. 그 결과 초신성 폭발 직전에 별이 방출한 규소와 황이 풍부한 층이 드러났다. 가벼운 원소인 헬륨도 검출됐다. 다만 수소는 발견되지 않았다. 별이 양파 껍질처럼 바깥층은 헬륨 등의 가벼운 원소들이 자리하고 중심부에 가까울수록 점점 더 무거운 원소들로 층을 이루고 있다는 가설을 확인한 셈이다. 연구진은 별 안쪽에서 격렬한 압력이 발생하면서 초신성 폭발 전에 순차적으로 각 물질의 층이 벗겨졌으며, 관측된 껍질층이 형성되기 위해선 태양 질량의 약 3배에 달하는 질량이 방출되었을 것으로 추정했다. 논문 제1저자인 스티브 슐츠 박사는 “이렇게 뼈대만 남을 정도로 바깥층이 벗겨진 별을 관측한 것은 처음”이라며 “이는 별들이 초신성 폭발을 일으키기 전에도 많은 물질을 잃을 수 있음을 보여준다”고 말했다. 그러나 초신성 초기 단계에서 사라지는 헬륨까지 아직 남아 있는 건 매우 이례적인 현상이었다. 하버드스미소니언 천체물리학센터의 아냐 누젠트 박사는 논평논문에서 “헬륨은 수천년 전에 사라졌어야 했다”고 말했다. 연구진은 동반별이 별의 층별 구조를 찢고 헬륨을 밀어넣었거나, 원래의 별에서 제트가 뿜어져 나왔을 수 있다고 말했으나, 앞으로 풀어야 할 수수께끼다. 슐츠 박사는 “우리는 1만 개가 넘는 초신성을 알고 있지만, 이 초신성은 이전에 관측된 어떤 것과도 다르다”고 말했다. 초신성은 일반적으로 수소가 없는 1형과 수소가 있는 2형으로 나뉜다. 연구진은 이 초신성은 수소와 헬륨이 벗겨지고 산소와 규소, 황이 풍부한 내부 층이 노출된 별이 폭발한 새로운 유형이라며, ‘1형en’으로 명명하기로 했다. *논문 정보 Extremely stripped supernova reveals a silicon and sulfur formation site. Nature(2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09375-3 곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr
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