운석에서 찾았다…지구보다 오래된 70억년 전 입자

50년 전 운석이 태양계 원시 역사를 말하기 시작했다. 지금부터 50년 전인 1969년 호주 빅토리아주 작은 마을에 떨어진 운석에 70억년 전 입자가 포함되어 있다는 것. 70억년 전이라면 지구 탄생보다 무려 25억년 전이다. 지구가 존재하기 전에 우주에 있던 입자라는 것만으로도 감격적이지만 이를 알 수 있게 해준 기술도 대단하다고 할 수 있다. 또 입자 발견으로 태양계가 존재하기 전 은하 상태까지도 엿볼 수 있다.

미국 국립과학원회보 PNAS에 발표된 새로운 논문에선 50년 전 떨어진 머치슨 운석에 포함된 오래된 입자 40개는 여러 연령대로 나뉘어져 있으며 새 것이 50억년 전, 오래 된 건 70억년 전 것이라고 한다.

이런 입자는 원래 우주 먼지였다가 지금은 지구상에 존재하는 가장 오래된 고체로 생각할 수 있다. 지구가 형성된 건 45억년 전이기 때문에 나중에 들어온 50∼70억년 전 것은 가장 오래된 존재하고 할 수 있는 것.

이 발견은 태양계 형성 이전 상태의 증거가 된다는 점에서 의미가 있다. 실제로 이런 입자는 이미 지금까지 없던 정보의 원천이 되고 있으며 수십억 년 은하계 별의 베이비붐이라고 할 만한 시기가 있었다는 걸 보여주는 것이기도 하다. 연구팀 역시 지금까지 진행한 것 중 가장 흥미로운 연구라고 밝히고 있다.

우주 먼지는 별에서 태어난 별 바람을 타고 우주로 날아간다. 이런 작은 먼지는 결국 들러붙어 새로운 별이 되거나 행성과 달 운석이 되기도 한다. 지구상에서 이런 입자는 매우 드물고 운석 중에서도 5%에서만 발견된다. 더구나 몹시 작다. 시카고대학 보도자료에 따르면 가장 큰 문제는 100개가 있어도 크기는 문장 끝 마침표 크기 정도라는 것이다. 엄밀하게 표현하면 8마이크로미터 적혈구와 비슷한 크기라는 것.

한 전문가는 우리 태양보다 오래된 우주 먼지는 사전 태양 입자로 부르며 일부는 태양계와 같은 시기에 형성되어 천체에 도달하는 것이라고 설명한다. 원시 운석 속에 존재하는 건 알려져 있었지만 얼마나 오래된 것인지 이들이 태양계 형성 이전 첫 별 형성 과정에서 태어난 것인지 여부는 알 수 없다. 사전 태양 입자의 연대를 추정할 신뢰할 수 있는 방법은 없었다는 것이다.

이번 연구의 열쇠가 된 건 마틴슨 운석에 사전 태양 입자가 많이 있었던 점, 연대를 추정하는 새로운 방법을 고안했기 때문이다. 첫 단계는 입자를 분리하는 것이다. 처음에는 운석 파편을 분말 형태로 분쇄하고 이 물질을 산에서 녹이면 사전 태양 입자가 남는다. 이 입자의 연대를 추정하기 위해 연구팀은 입자가 우주선에 노출된 정도를 측정했다. 우주선은 우주에 있는 고에너지 방사선에 고체를 침투시킨다. 우주선에 오래 노출되면 물질에 새로운 원소가 쌓이는 만큼 원소량을 검사해 입자의 연대를 추정한 것이다.

그 결과 사전 태양 입자는 매우 오래 됐고 이 이온은 상당한 우주선을 흡수하고 있었다. 46∼49억년 전을 추정됐지만 일부는 56억년 전, 가장 오래된 입자군은 70억년 전으로 추정된 것이다. 머치슨 운석에 포함된 우주 먼지는 태양계와 태양 형성 이전으로 진단된 것이다.

흥미롭게도 이 결과는 은하계가 별 형성이 일정 속도로 진행된 건 아니라는 걸 보여준다. 46∼49억년 전 입자가 많았다는 건 이 입자가 우리가 있는 은하에서 별의 베이비붐이라고 할 시기에 형성됐다는 것이다. 또 이번 연구에선 사전 태양 입자가 우주를 이동하고 있는 것으로 밝혀졌다. 이 새로운 방법으로 오래된 운석을 계속 살펴보면 우리가 있는 태양계와 은하계 성립 방법을 더 알게 될지도 모른다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.