■ 우주 빅뱅 당시 최초 분자 마침내 발견

■ 우주 빅뱅 당시 최초 분자 마침내 발견

 

과학자들이 마침내 우주의 시발점인 대폭발 즉 빅뱅(big bang) 당시 형성된 분자를 발견해냈다고 미국 CNN 등 주요 외신들이 2019년 04월 17일 일제히 보도했다. 지금으로부터 약 138억 년 전, 빅뱅(big bang)이 일어나며 초기 우주가 만들어질 때, 그 여파에 의한 화학 반응으로 최초의 분자가 만들어졌다. 이런 분자는 현재 우리가 아는 모든 물질을 만드는 데 결정적인 역할을 했다. ‘수소 이온화 헬륨’(HeH＋·Helium hydride ion)이라는 이 분자는 지난 몇 년간 우주 최초의 분자로 추정돼 왔다. 하지만, 지금까지 과학자들은 그 존재에 관한 어떤 증거도 발견하지 못했었다.

 

빅뱅 이후 형성된 ‘HeH+’ (수소 이온화 헬륨)은 수소 이온과 헬륨으로 이뤄진 화합물로 가장 강력한 산성 물질 중 하나이다. 이 산성 물질이 나중에 수소 분자와 헬륨 원자로 분해됐다는 것이다. 수소와 헬륨은 현재 우주에서 가장 많은 원소로 각각 1, 2위를 차지한다. 과학자들은 1925년 한 실험실에서 HeH+ 분자를 만들어냈고, 덕분에 지난 몇십 년 동안 우주에서 이를 찾는 연구가 진행돼 왔다.

 

연구에 참여한 독일 막스플랑크 전파 천문학 연구소의 천문학자 롤프 귀스턴 박사는 “우주의 화학 물질은 HeH+ (수소 이온화 헬륨)에서 시작됐다. 성간 우주 공간에서 이 물질의 존재에 관한 결정적 증거가 없다는 점은 오랫동안 천문학계의 딜레마였다”고 말했다. 1970년대 말 우주 화학 모델을 통해 HeH+ 분자의 발견 가능성이 제기됐다. 이는 과학자들에게 HeH+ 분자가 태양과 같은 별이 초신성 폭발 전 마지막 단계에서 방출한 혼돈 상태의 ‘행성상 성운’에 존재할 수 있다는 생각을 하게 했다. HeH+ 분자는 온도 10만 ℃ 이상인 별의 방사선이 행성상 성운을 이온화할 때 형성된다. 하지만, 가장 강력한 파장으로도 HeH+ 분자의 징후를 감지하는 것은 어려웠다. 지구 대기가 불투명한 탓에 지상의 망원경들로 어려웠기 때문이다.

 

이에 따라 연구진은 보잉 747SP를 개조해 2.5m 구경의 적외선 망원경을 탑재한 미국항공우주국(NASA)의 성층권 관측 망원경인 소피아(SOFIA. Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy)를 사용했다. 소피아에 탑재된 그레이트(GREAT. German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies)라는 이름의 고해상도 원적외선 분광기가 행성상 성운 NGC 7027에서 HeH+ (수소 이온화 헬륨) 분자를 검출하는 데 성공한 것이다. 이에 대해 연구에 참여한 미국 존스홉킨스 대학의 데이비드 뉴펠드 물리 천문학부 교수는 “HeH+ 분자의 발견은 분자를 형성하려고 하는 자연의 성향을 극적이고 아름답게 보여주는 것”이라고 말했다. 자세한 연구 성과는 세계적인 학술지 ‘네이처’(Nature) 2019년 04월 17일자에 실렸다.

★ 우주의 나이는 최소한 1조(兆)살이며, 우주의 ‘대폭발 빅뱅’(big bang)과 ‘대수축 빅크런치’(Big Crunch)를 되풀이하고 있는 중이라고 미국과 영국 합동 연구진이 사이언스지 2006년 05월 최신호에서 주장했다. 이는 우주가 약 140억년 전 단 한 차례의 빅뱅(big bang)에 의해 탄생했다고 보는 학계의 기존 가설과 다르다. 관측 결과, 우주의 ‘대폭발 빅뱅’(big bang)과 ‘대수축 빅크런치’(Big Crunch)를 계속 거듭 반복하는 순환 현상(circulation phenomenon)이라는 새로운 이론이다.

★ 우주 대폭발 빅뱅(big bang) 이전에 이미 또 다른 우주가 있었다. 그리고, 그 때에 벌어진 사건의 흔적이 담긴 증거를 현(現) 우주에서 찾았다는 2010년 11월 29일 영국 옥스퍼드 대학 로저 펜로즈(Penrose) 교수의 주장이 나와서 새삼 주목을 끌고 있다. 지금의 우주가 탄생하기 전에 또 다른 우주가 있었다는 내용이다. 빅뱅 이전에 이미 또 다른 우주가 있었으며, 이전 '우주'의 말기에 대폭발이 발생했고, 지금의 우주가 만들어졌다는 주장이다. 이는 '무(無)'에서 우주가 탄생했다는 기존 가설을 뒤집는 것이어서 주목된다.