중성자별 충돌은 우주의 황금 광맥?

ESO 제공

뜨거운 별 내부에서 양성자는 핵융합을 통해 에너지를 공급하고, 여기서 무거운 원소가 만들어진다. 그러나 별에서 생성되는 원소는 대부분 철보다 가벼운 것들이다. 무거운 원소는 주로 중성자별과 블랙홀의 충돌, 또는 중성자별끼리의 충돌을 통해 생성된다.

최근 미국 매사추세츠공대(MIT)와 뉴햄프셔대 공동연구팀은 중성자별의 충돌과정에서 중금속 원소가 생성되는 과정을 연구했다. 그 결과 블랙홀과 중성자별이 충돌했을 때보다 중성자별끼리 충돌했을 때 더 많은 중금속을 만들어낸다는 사실을 밝혀 국제학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’ 10월 25일자에 발표했다. doi: 10.3847/2041-8213/ac26c6

연구팀은 원소 생성 과정의 상대적 기여도를 측정하기 위해 중성자별과 블랙홀 충돌 시 발생하는 중력파와 중성자별끼리 충돌할 때 방출되는 물질 등을 시뮬레이션했다. 그 결과 지난 25억 년 동안 중성자별끼리의 충돌이 무거운 원소 생성에 더 많이 기여했다는 사실이 드러났다. 

또 연구팀은 물체의 질량, 회전, 붕괴 정도 등의 변수가 포함된 수치 시뮬레이션을 통해 충돌 시 평균적으로 생성되는 금을 비롯한 중금속의 양을 계산했다. 그 결과 중성자별끼리 충돌할 때가 중성자별과 블랙홀의 충돌보다 2~100배 더 많은 중금속을 생성한다는 사실을 발견했다. 

천신유 MIT 카블리 천문학 및 우주연구소 연구원은 “중성자별끼리 충돌하면서 생산된 금의 양은 지구 질량의 몇 배 수준”이라며 “이들의 충돌이 무거운 원소를 생성하는 더 효율적인 방법이다”고 밝혔다. 
 

[조혜인 기자 heynism@donga.com]