별은 수명이 다할 때 평소보다 수억 배 밝은 빛을 뿜어내다 서서히 낮아지는데 우리는 이를 ‘슈퍼노바’(supernova) 즉, 초신성(超新星) 현상이라 부른다. 별이 진화되는 가장 마지막 단계임에도 ‘초신성’이라는 명칭이 붙은 이유는 순간적으로 폭발하는 모습이 마치 새로 태어나는 것처럼 보이기 때문이다.
슈퍼노바 현상은 항성의 탄생과 죽음에 이르기까지 모든 과정을 함축하고 있고 이는 작게는 태양계 형성, 조금 더 나아가면 은하의 형성 그리고 궁극적으로는 우주형성의 비밀을 담고 있기에 천문학계는 이를 항상 주시해왔다.
그런데 이런 슈퍼노바 현상을 머나먼 우주공간이 아닌 지구상에서 구현한다면 우주형성의 신비를 조금 더 쉽게 밝혀낼 수 있지 않을까? 미국 과학전문 사이트 레드오빗(redorbit.com)은 영국 옥스퍼드 대학 물리학 연구진이 실험실 테이블 위에서 ‘슈퍼노바’ 현상 재현에 성공했다고 2일(현지시간) 소개했다.
연구진은 슈퍼노바 현상 이후 수백 년이 지나도 끊이지 않고 관측되는 중성미자(neutrino) 형태의 ‘초신성 잔해’를 직접 지구에서 구현할 계획을 세웠다. 이들은 영국 과학기술위원회 산하 옥스퍼드셔 러더퍼드애플톤연구소(Rutherford Appleton Laboratory)의 강력한 발칸 레이저를 이용해 슈퍼노바를 재현해보기로 결심했다.
과정은 다음과 같다. 연구진은 실험실에 마련된 저밀도 가스 충전 공간(외부와 철저히 차단)에 사람 머리카락 굵기 정도의 탄소막대를 넣고 3개의 레이저 빔을 동시에 가동해 초점을 집중시켰다. 레이저는 곧 탄소막대를 가열시켰고 실험공간은 순식간 섭씨 100만도를 웃도는 고열로 가득 찼다. 이때 탄소 막대에서 저밀도 가스가 분출되며 돌풍이 발생했고 이는 천천히 초신성 가스 잔해 형태로 퍼져나갔다. 연구진은 플라스틱 그리드를 이용해 이 순간을 놓치지 않고 시뮬레이션 했다.
연구진은 애초에 실험목표를 카시오페이아자리 초신성 잔해 재현에 중심을 뒀고 이후 나타난 결과는 엇비슷했다. 저밀도 공간 속 잔해는 카시오페이아자리 초신성 잔해처럼 불규칙한 난류를 그렸다.
해당 실험을 통해 얻어낸 소중한 비밀은 슈퍼노바의 먼지, 가스 잔해 성간 물질사이로 일관되게 확장되지는 않는다는 점이다. 또한 해당 실험이 가지는 큰 의미는 바로 초신성과 우주 자기장 사이에 상당한 상호작용이 있다는 점이 파악됐다는 점이다. 실험 데이터를 보면 초신성이 폭발할 때 특정 방사선 생성에 영향을 주는 것으로 나왔는데 이것이 우주 자기장과 큰 연관이 있을 것으로 연구진은 추측 중이다. 참고로 자기장은 대표적 우주생성학설인 ‘빅뱅이론’의 큰 축을 담당하고 있다.
연구를 주도한 옥스퍼드 대학 물리학과 지안루카 그레고리 교수는 “해당 실험은 우주 자기장 의 생성과 발전에 대한 새로운 시야를 제시해줄 것”이라고 밝혔다.
한편 이 연구결과는 물리분야 국제학술지 ‘네이처 물리학(Nature physics)’에 발표됐다.
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