천명기 교수팀, 초신성폭발 시 중성미자에 의한 핵 합성 과정 규명

 본교 물리학과 천명기 교수(우주물질연구소장, 사진좌측)팀이 9월 4일 일본 국립천문대(NAOJ), 중국 베이항대, 미국 노트르담대 연구진과 함께 태양계에 존재하는 원소 중 테크네튬(Tc)의 동위원소인 테크네튬-98(98Tc)이 초신성폭발과정에서 중성미자에 의해 생성될 수 있음을 규명했다. 이 연구 결과는 미국 물리학회 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters, 피인용지수: 8.839)에 게재됐다. (▲연합뉴스 기사 바로가기)

 초신성폭발은 태양 질량의 10배 이상 되는 별들이 마지막 진화 과정에서 일으키는 폭발이다. 엄청난 에너지를 순간적으로 방출하며 폭발하는 과정을 통해 철보다 무거운 원소들이 우주에 존재할 수 있게 된다. 그 중 테크네튬-98 원소의 경우 주변 원소들이 모두 안정하여 그동안 기존의 핵합성 이론으로는 생성원리가 명확히 설명되지 않았다.

 이에 한국·일본·중국·미국 공동연구진은 중성미자의 효과를 포함한 초신성 폭발 시뮬레이션을 통해 테크네튬-98 원소의 생성원리를 제시했다. 중성미자는 주변의 물질과 반응하는 정도가 매우 적어 핵합성 과정에서 크게 기여하지 않을 것으로 여겨져 왔으나, 연구진들은 초신성 폭발과정에서 방출되는 중성미자들 중 특히 반전자 중성미자(electron anti-neutrino)가 테크네튬-98 생성에 크게 기여할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

 또한 이번 연구 결과는 태양계에 영향을 미쳤던 초신성 폭발의 정보를 얻을 수 있는 가능성까지 제시해 더욱 주목받고 있다. 테크네튬-98은 루테늄-98로 붕괴하는 성질을 갖는데, 그 양이 절반으로 줄어들기까지 약 420만년이 걸린다. 따라서 현재 태양계의 운석 분석으로부터 두 원소의 비율이 관측된다면, 이번 연구 결과와 비교를 통해 태양계에 영향을 주었던 초신성 폭발의 시기를 추정할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다.

 천명기 교수는 “이 연구는 초신성 폭발과정과 그때 생성되는 원소의 기원을 추정하는데 중성미자 역할이 중요함을 보여준다”며 “분석기술이 빠르게 발전하고 있어 머지않아 운석 속의 테크네튬-98과 루테늄-98의 측정이 가능해지고 이를 통해 태양계 형성 당시의 초신성폭발에 대한 정보도 얻을 수 있을 것”이라고 전했다.

 한편, 본교 물리학과 석사과정 고혜민 학생(사진 우측)은 이번 연구의 유일한 학생 연구원으로 연구과정의 실질적인 계산을 직접 수행하기도 했다.

<그림1 중성미자 핵합성에 의한 테크네튬-98의 생성경로>

홍보팀 (pr@ssu.ac.kr)