[아하! 우주] 나무 나이테 속에 우주의 초신성 폭발 증거 숨어있다

별은 무거울수록 짧고 굵은 인생을 산다. 별의 질량이 늘어날수록 핵연료를 태우는 속도도 급격히 빨라지기 때문이다. 거대한 질량을 지닌 별은 짧은 일생 동안 밝게 빛난 후 마지막 순간에 초신성으로 폭발하면서 최후를 맞이한다. 이 순간에는 수천억 개의 별이 모인 은하보다 더 밝을 수도 있다. 초신성 폭발은 우주에서 가장 극적이고 화려한 폭발이다.

그런데 만약 지구 근방에서 초신성 폭발이 일어나는 경우 밤하늘에 새로운 별이 새로 나타나는 수준에서 그치지 않고 지구 생태계에 심각한 영향을 줄 수 있다. 강력한 고에너지 입자와 방사선이 지구를 강타해 오존층을 파괴하고 지구 생명체에 심각한 타격을 입힐 수 있기 때문이다. 일부 과학자들은 원인을 알 수 없는 일부 대멸종 사건의 원인이 사실은 초신성 폭발이라고 주장한 적도 있다. 하지만 지구 근방에서 얼마나 많은 초신성이 폭발했는지, 그리고 그로 인한 영향은 어느 정도인지는 사실 모르는 부분이 많다.

미국 콜로라도 대학 과학자들은 전혀 의외의 장소에서 지구 근방 초신성 폭발의 증거를 찾아냈다. 연구팀은 나무의 나이테 속에 초신성 폭발의 증거가 숨어 있을지 모른다고 생각했다. 지구 근방 수백 광년 이내에서 초신성이 폭발할 경우 지구 대기 상층부의 오존층이 약해지고 강력한 우주선(cosmic ray·우주에서 지구로 쏟아지는 고에너지 입자)이 지구 대기로 유입되어 정상적인 탄소 원자가 탄소 동위원소인 탄소 14로 바뀌게 된다. 이 탄소는 식물에 흡수된 후 나이테에 저장된다. 탄소 14 동위원소는 다른 이유로는 거의 생기지 않고 일반적으로 지구 대기 중 일정한 농도를 유지하기 때문에 나이테 속의 탄소 14 동위원소를 측정하면 지구 대기 중 우주선이 갑자기 많이 쏟아진 시기를 추정할 수 있다.

연구팀은 4만 년 이내의 나무 화석 및 나무 표본을 수집해 이 비율을 조사했다. 그 결과 지난 4만 년 간 몇 차례의 큰 탄소 14 농도 증가를 확인할 수 있었다. 이 가운데 가장 의미 있는 변화는 1만3000년 전 있었던 이벤트로 이 시기에는 탄소 14 농도가 30%나 증가했다. 이 시기에 돗자리 성운 방향으로 지구에서 815광년 떨어진 위치에서 초신성이 폭발했기 때문에 연구팀은 이 탄소 14 농도 증가가 초신성 폭발과 연관 있다고 추정했다. 연구팀에 따르면 이 시기를 포함 총 4번에 걸쳐 탄소 14 농도가 9~30% 정도 증가했다.

이번 연구는 나이테를 통해 오래전 초신성 폭발을 알아낼 수 있다는 것을 보여주긴 했지만, 이 폭발이 지구 생태계에 미친 영향은 알아내지 못했다. 하지만 적어도 이 시기에는 대규모 멸종 사건이 일어나지 않았기 때문에 가까운 초신성 폭발이 지구 생태계에 미치는 영향은 제한적이라고 볼 수 있다. 현재 지구에서 가까운 초신성 후보로는 초거성인 베텔게우스가 거론되고 있는데, 과학자들은 실제로 가까운 미래에 초신성으로 폭발해도 지구에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 보고 있다. 이번 연구는 이 주장을 뒷받침하는 결과로 생각된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com