지구는 초신성 폭발 안전지대에 있을까 작성일 07-10 25 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">윤복원의 지구위협 시나리오<br>(11) 초신성 폭발의 지구 영향</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="tJdNEUJ6DZ"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="5c6329516caa39a9f6796d5cf00c39362bbc40babe1e748783c91e84af92288e" dmcf-pid="FiJjDuiPEX" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="제임스웹우주망원경으로 찍은 초신성 SN 1987A 잔해. 16만8천광년 거리의 대마젤란 은하에 있다. 위키미디어 코먼스" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103656618lkat.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="Yfs37jHlmp" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103656618lkat.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 제임스웹우주망원경으로 찍은 초신성 SN 1987A 잔해. 16만8천광년 거리의 대마젤란 은하에 있다. 위키미디어 코먼스 </figcaption> </figure> <p contents-hash="920ce76f7d55bce47ef6425defeed356baebbf3fd02d2f1952b4d6ed4451634f" dmcf-pid="3oLkmqoMIH" dmcf-ptype="general"> 천체가 얼마나 밝은지는 겉보기등급(apparent magnitude)과 절대등급(absolute magnitude)으로 나타낸다. 겉보기등급은 지구에서 관측되는 천체의 밝기다. 겉보기등급 0은 약 25광년 떨어진 베가(Vega)가 지구에서 보이는 밝기를 기준으로 정한 값이다. 겉보기등급이 5 증가하면 밝기는 100분의 1로 감소한다. 반대로 겉보기등급이 5 감소하면 밝기는 100배 증가한다. 값이 작을수록 또는 음수일수록 더 밝다. 태양의 겉보기등급은 -26.7이고, 보름달의 겉보기등급은 -12.7 정도이다. 두 천체의 겉보기등급 차이가 14이므로 태양은 보름달보다 10014/5≃ 40만배 더 밝다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="b396ccc37029171118bcca0466e5711af25831ac616676a5f3b53cc050c4fa30" dmcf-pid="0goEsBgRmG" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103657845codr.jpg" data-org-width="300" dmcf-mid="GJUbfspXr0" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103657845codr.jpg" width="658"></p> </figure> <p contents-hash="582ddf5d93651293f1decd720bccf6e2c75214a2ca481ab46ae5a7c87f80eb4e" dmcf-pid="pagDObaewY" dmcf-ptype="general"> 별빛의 밝기는 거리의 제곱에 반비례하여 어두워진다. 같은 별이라도 멀리 있을수록 더 어둡게 보인다. 태양에서 지구까지 거리보다 약 30배 더 먼 해왕성에서 태양은 지구에서보다 약 302=900배 어둡게 보인다. 지구에서 약 4.34광년 거리에 있는 알파 센타우리 A(Alpha Centauri A)는 겉보기등급이 +1.33으로 태양보다 훨씬 어둡게 보인다. 그러나 이것이 알파 센타우리 A 자체가 태양보다 어둡다는 것을 의미하지는 않는다. 단지 지구에서 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 태양보다 훨씬 어둡게 보일 뿐이다.</p> <p contents-hash="340b61c3ce80688c8500316040228554f831e98761c150da8cba5128ad637a92" dmcf-pid="UNawIKNdOW" dmcf-ptype="general">거리와 관계없는 별 자체의 밝기를 비교하기 위해 사용하는 등급이 절대등급이다. 절대등급은 별을 10파섹(약 32.6광년) 거리에서 보았다고 가정했을 때의 밝기이다. 절대등급도 겉보기등급과 마찬가지로 등금이 5 낮아질 때마다 밝기는 100배 증가한다. 태양의 절대등급은 +4.83인 반면, 알파센타우리A의 절대등급은 +4.38이다. 다시 말해, 두 별을 같은 거리(10파섹)에 두고 비교하면 알파 센타우리 A가 태양보다 약 1.5배 더 밝다.</p> <p contents-hash="9ef15c7eae505405753a926ff3cba5d86023a1151aa129c4088b3ba5b6bcf7b1" dmcf-pid="ujNrC9jJsy" dmcf-ptype="general">초신성은 우주에서 가장 밝게 빛나는 천문현상 가운데 하나이다. 1987년에 폭발한 초신성 SN 1987A는 폭발했을 당시 가장 밝았을 때의 겉보기등급은 2.9이었다. 이는 북두칠성에서 가장 어두운 별보다 약간 밝은 정도이다. 하지만 북두칠성의 별들이 지구에서 약 100광년 떨어져 있는 반면, SN 1987A는 약 17만광년 떨어진 대마젤란은하에서 폭발했다. 다시 말해, 북두칠성보다 약 1700배나 더 먼 거리에서 폭발했는데도 맨눈으로 볼 수 있을 만큼 밝게 빛났던 것이다. 초신성 SN 1987A 폭발 당시의 절대등급은 약 -15.5로 추정된다. 이는 태양의 절대등급(+4.83)보다 20등급 이상 낮은 값이다. 만약 SN 1987A가 태양과 같은 거리에 있었다면 태양보다 1억배 이상 밝게 보였을 것이다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="8c98035ef70a61de14cd40afa8f3fa445fad86f84b29574b3e6ea5a8d842c59f" dmcf-pid="7Ajmh2AiDT" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="천체의 밝기를 나타내는 겉보기등급과 절대등급에 대한 설명" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103659114soaf.jpg" data-org-width="750" dmcf-mid="HqOvGxsAw3" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103659114soaf.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 천체의 밝기를 나타내는 겉보기등급과 절대등급에 대한 설명 </figcaption> </figure> <h3 contents-hash="b36bb92619d1237166fa6987d9bf39ff602c131194412c62dfef3a894392c588" dmcf-pid="zcAslVcnmv" dmcf-ptype="h3">초신성 에너지 1%, 태양 100억년치 맞먹어</h3> <div contents-hash="55b3c89ca4403aaf67824e9ce830ac0d92ee8df2f1dc101e8f7d5d8899c8344b" dmcf-pid="qkcOSfkLDS" dmcf-ptype="general"> 초신성 SN 1987A가 지구에서 보이는 태양 밝기로 보이려면 약 1만AU(0.158광년) 떨어진 곳에서 폭발했어야 한다. 만약에 지구에서 가장 가까운 별인 4.2광년 떨어진 프록시마 센타우리 위치에서 초신성이 폭발했다면, 밝기는 보름달보다 800배 더 밝았을 것이다. 약 120광년 떨어진 곳에서 폭발했다면 보름달과 비슷한 밝기로 보였을 것이다. 이처럼 가까운 곳에서 초신성이 폭발하면 밤하늘은 밝은 초신성으로 장관을 이루게 된다. 그러나 눈부신 광경과는 달리, 가까운 초신성이 방출하는 막대한 에너지는 지구 생명체에 심각한 영향을 미칠 수도 있다. </div> <p contents-hash="3a28531e45a95c4e0d57ba9759b748457a1c17782fc2e1b741a6a8050679bd09" dmcf-pid="BEkIv4Eorl" dmcf-ptype="general">하지만 초신성이 정말 위험한 이유는 엄청난 에너지를 방출하기 때문이다. 폭발 직후 초신성은 수 초 동안 대부분의 에너지를 중성미자 형태로 방출한다. 이는 태양이 약 100억년의 일생 동안 방출하는 총에너지의 100배가 넘는다. 전체 에너지의 약 1%만이 우리가 볼 수 있는 빛을 포함한 전자기파 형태로 방출된다. 그 1%에 해당하는 에너지조차 태양이 100억년 동안 방출하는 총에너지와 맞먹는다.</p> <p contents-hash="b9796c4e01589bd909fd2c09d57d3f432ad6ea509011b79fc879d595854d5f99" dmcf-pid="bDECT8DgOh" dmcf-ptype="general">초신성 폭발 직후 충격파가 별의 표면을 통과할 때 표면온도는 절대온도 수십만~수백만도에 이른다.[1] 이처럼 높은 온도에서는 극자외선과 X선을 주로 방출하며, 일부 에너지는 감마선의 형태로도 방출된다. 초신성은 뉴트리노뿐 아니라 양성자와 원자핵 등 물질과 강하게 상호작용하는 입자도 대량으로 방출한다. 폭발로 생성된 충격파는 초속 수천~수만km의 속도로 성간공간을 향해 퍼져나가는데, 이 충격파는 양성자와 원자핵 같은 입자를 가속하여 고에너지 우주선(cosmic ray)을 만들어 낸다.</p> <h3 contents-hash="8700e6489bf64b882b75746132e9b3c6d02b27a38c701787b0baa66814edad23" dmcf-pid="KwDhy6waEC" dmcf-ptype="h3">가까운 거리에서 초신성이 폭발한다면? </h3> <div contents-hash="a0b63c46bcea22c5353113dfc6b6e2ed60cc5af2f35a81bf17aaba7b62182862" dmcf-pid="9HG37jHlDI" dmcf-ptype="general"> 초신성이 방출하는 극자외선, X선, 감마선은 모두 빛의 속도로 날아온다. 만약 수십광년 거리에서 초신성이 폭발한다면, 그 빛이 지구에 도달하는 순간부터 성층권을 포함한 지구의 상층 대기가 영향을 받기 시작한다. 지구 대기는 대부분 질소(78%)와 산소(21%)로 이루어져 있다. 나머지 1%는 아르곤과 이산화탄소 등의 기체로 이루어져 있다. 초신성이 방출한 고에너지 전자기파는 질소 분자와 산소 분자에서 전자를 떼어내 이온으로 만들거나, 분자를 쪼개 원자로 분해한다. </div> <p contents-hash="05235f62396e13a2bb1716edcbd284203c3da0c0f28855b565829327db987955" dmcf-pid="2XH0zAXSIO" dmcf-ptype="general">질소분자와 산소분자가 이온화되면 전자(e-)와 양이온(N2+, O2+)이 만들어지고, 이들은 지구 상공 60~1000km에 형성하는 전리층(ionosphere)의 밀도를 크게 증가시킨다. 이는 단파통신과, GPS, 위성통신 등 전파를 이용한 통신에 장애를 일으킨다. 이온화된 분자나, 분해되어 생긴 질소·산소 원자는 다른 분자들과 반응하면서 다른 분자와 반응하면 일산화질소(NO)와 같은 질소산화물을 만든다. 이렇게 생성된 질소산화물은 오존(O₃)을 파괴하는 촉매 역할을 한다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="78aa282b663ad4fcb30c18b72194b9bc69f0eeda82321608d110a650417e09cb" dmcf-pid="VZXpqcZvIs" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="수십광년 거리에서 초신성이 폭발하는 경우 초신성의 고에너지 전자기파는 질소분자와 산소분자를 분해하고 질소산화물을 만든다. 질소산화물은 오존을 파괴하는 촉매로 작용한다. 오존이 파괴되면 오존층이 감소하면서 더 많은 자외선이 지표면에 다다른다. 고에너지 전자기파가 질소분자와 산소분자를 이온화해 전리층 밀도를 증가시켜 통신장애를 일으킨다." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103700367tabx.jpg" data-org-width="750" dmcf-mid="XoZ0zAXSrF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103700367tabx.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 수십광년 거리에서 초신성이 폭발하는 경우 초신성의 고에너지 전자기파는 질소분자와 산소분자를 분해하고 질소산화물을 만든다. 질소산화물은 오존을 파괴하는 촉매로 작용한다. 오존이 파괴되면 오존층이 감소하면서 더 많은 자외선이 지표면에 다다른다. 고에너지 전자기파가 질소분자와 산소분자를 이온화해 전리층 밀도를 증가시켜 통신장애를 일으킨다. </figcaption> </figure> <p contents-hash="c4c4eaa54b70fabdce8b7b0ba8064d8dbd7975c60350d204d0134eac812fd6a7" dmcf-pid="f5ZUBk5Trm" dmcf-ptype="general"> 오존 분자가 파괴되면 오존층이 감소한다. 오존층은 태양에서 날아오는 많은 양의 자외선-B(UV-B: 약 300나노미터 파장의 자외선)를 차단하는 역할을 한다. 오존층이 감소하면 자외선-B를 충분히 차단하지 못하게 된다. 자외선-B는 인체에서 비타민-D를 합성에 도움을 주기도 하지만, 장시간 노출되면 피부에 화상을 일으키거나 피부의 DNA를 손상시켜 피부암을 일으키기도 한다. 특히 해양 표면의 식물성 플랑크톤은 자외선-B에 민감하기 때문에, 해양 생태계의 먹이사슬에 변화가 일어난다.</p> <h3 contents-hash="fd18926a0302c1ae95c223376bc66d604e09a78952ee6802e30a91fd0f7c4c6c" dmcf-pid="415ubE1ywr" dmcf-ptype="h3">대멸종 수준의 격변이 일어날 조건</h3> <div contents-hash="3775941e750d3c45e0be5accbfefed8a518310a84a02ade7273051ab36b8e0f4" dmcf-pid="8t17KDtWrw" dmcf-ptype="general"> 초신성이 우주 공간으로 방출하는 고에너지 입자의 대부분은 양성자와 헬륨 원자핵(알파 입자)이다. 이들은 거의 빛의 속도에 가까운 속도로 날아가지만 전하를 띠고 있기 때문에 은하 자기장에 의해 계속 방향이 휘면서 날아간다. 그 결과 수십광년 거리의 초신성에서 방출되는 고에너지 입자는 수백년에서 수천년이 지난 후에 지구에 도착한다. 이때부터 고에너지 입자에 의한 장기적인 영향이 시작된다. </div> <p contents-hash="b409636370ead7f12d4259bbdb945cfa4a8e7fd05ed686a15fa4bd895ebb17a3" dmcf-pid="6Ftz9wFYmD" dmcf-ptype="general">이 입자들이 지구 대기에 들어오면 질소와 산소 원자핵과 충돌한다. 충돌 결과로 뮤온(muon)과 중성자 같은 입자, 그리고 감마선이 연쇄적으로 만들어진다. 이 가운데 가장 중요한 것은 뮤온이다. 대부분의 방사선이 대기에서 흡수되는 것과 달리, 뮤온은 지표까지 쉽게 도달한다. 또한 투과력이 매우 커서 다른 방사선이 거의 도달하지 못하는 깊은 바다나 지하에서도 생물에게 방사선 영향을 줄 수 있다.[3] 평소에도 지구는 우주선(cosmic rays)이 대기와 충돌하면서 만들어지는 뮤온에 지속적으로 노출되어 있지만, 가까운 거리에서 초신성이 폭발한다면 지표에 도달하는 뮤온의 양이 평소보다 크게 증가할 수 있다.</p> <p contents-hash="66aa9093e0a7db1a21cd27b1747af7b558dd19666af35515df7f666812eb4268" dmcf-pid="P3Fq2r3GmE" dmcf-ptype="general">뮤온이 생물체를 통과하면 세포 속 원자를 이온화하여 DNA를 손상시킬 수 있다. 손상된 DNA는 대부분 세포가 복구하지만, 일부는 복구 과정에서 오류가 생겨 돌연변이나 암으로 이어질 수 있다. 따라서 가까운 초신성에서 날아온 고에너지 입자가 오랫동안 지구에 노출되면 생물들이 받는 방사선량이 증가하여 암 발생률과 돌연변이 발생률이 높아질 가능성이 있다. 이와 함께 고에너지 입자는 대기 상층의 질소와 산소를 분해하여 질소산화물을 만들기도 하는데, 이렇게 생성된 질소산화물은 오존을 파괴하는 촉매로 작용해 장기적인 오존층 감소를 일으킨다.</p> <p contents-hash="5e73d16540f48b95e2f24a81e23418dbc4974a9ca93850b34b097618434d2a3a" dmcf-pid="Q03BVm0Hrk" dmcf-ptype="general">초신성이 폭발하는 거리가 가까울수록 상황은 훨씬 더 극단적으로 변한다. 더 많은 극자외선, 엑스선, 감마선에 노출되고 이후 수백년에서 수천년 이상 이어지는 고에너지 입자 노출도 크게 증가한다. 더 큰 오존층 파괴와 방사선 환경 변화가 발생하면서 생태계 변화도 더욱 커진다. 10광년 또는 그보다 더 가까운 거리에서 초신성이 폭발한다면 지구에서는 대멸종 수준의 격변이 일어날 가능성이 있다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c1c6d61780c74864e21127198f92e06fcb7092b6dd1c6ba7f4121d54c3580b38" dmcf-pid="xp0bfspXrc" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="초신성의 고에너지 입자는 대기의 질소분자와 산소분자와 충돌해 뮤온과 중성자, 그리고 감마선을 연쇄적으로 생성한다. 뮤온은 지하와 바다 속까지 도달해 생물체의 DNA가 손상되고 돌연변이와 암 위험이 증가한다. 초신성 잔해 사진 출처: NASA" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103701734isor.jpg" data-org-width="750" dmcf-mid="Ziu26C71Et" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103701734isor.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 초신성의 고에너지 입자는 대기의 질소분자와 산소분자와 충돌해 뮤온과 중성자, 그리고 감마선을 연쇄적으로 생성한다. 뮤온은 지하와 바다 속까지 도달해 생물체의 DNA가 손상되고 돌연변이와 암 위험이 증가한다. 초신성 잔해 사진 출처: NASA </figcaption> </figure> <h3 contents-hash="7c4c1cb11e52390506f879dae308726a0a7e9ef26e7bc750041fcf0def5349b5" dmcf-pid="yjNrC9jJEA" dmcf-ptype="h3">초신성이 만든 공간 속의 태양계</h3> <div contents-hash="202caf51ddfcf684d0177badba7fbaeb0d5fa9784cc20b82c8ef732cafd085e4" dmcf-pid="WAjmh2AiEj" dmcf-ptype="general"> 지구와 같은 암석행성이 존재하려면 태양계가 형성되기 전에 암석을 구성하는 원소들이 이미 우주에 존재하고 있어야 한다. 이런 원소들은 상당 부분은 초신성에서 만들어진다. 따라서 암석 행성인 지구의 존재 자체가 초신성 폭발의 결과이자 흔적이라고 할 수 있다. 그렇다면 지구 근처에서 과거에 초신성 폭발이 있었다는 다른 흔적들도 남아 있을까? </div> <p contents-hash="a28e4f73ce0506177e4461e6ed6831cc90124e8fbb924f6aab8220afab11dabe" dmcf-pid="YCIWZeCEsN" dmcf-ptype="general">초신성 폭발이 만드는 충격파는 주변 성간 물질을 바깥으로 밀어내며 공간을 비운다. 그렇게 비운 공간은 뜨거운 희박한 가스로 채워진다. 같은 지역에서 이런 초신성 폭발이 여러 차례 반복되면, 충격파가 성간 물질을 계속해서 밀어내면서 점점 더 큰 공동이 형성된다. 이렇게 내부가 비고 뜨거운 희박한 가스로 채워진 거대한 공간이 로컬 버블(local Bubble)이다.</p> <p contents-hash="840baea466c59872e58d36feee0cac2a2f851d120fed3c90858a8bea7e94825e" dmcf-pid="GhCY5dhDDa" dmcf-ptype="general">태양계도 이 로컬 버블 안에 위치하고 있다. 태양계도 로컬 버블 안에 위치하고 있다. 그 근거는 태양계 주변의 성간 밀도가 매우 낮다는 점과, X선 망원경 관측에서 주변이 넓은 X선 방출 영역으로 나타난다는 점이다. 실제로 여러 번의 초신성 폭발로 뜨거워진 가스는 연한 X선(soft X-ray)을 방출한다. 태양계가 위치한 로컬 버블은 약 1400만년 전부터 이어진 일련의 초신성 폭발에 의해 형성되었고, 태양계는 약 500만년 전에 이 로컬 버블로 진입했을 것으로 추정된다.[2] 로컬 버블은 긴 축의 지름이 약 1000광년에 이르는 찌그러진 타원체 형태로 알려져 있다. 초신성 폭발로 만들어진 거대한 공간을 태양계가 지나가고 있는 셈이다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="24a47ab1f7395a04c9b00804c94fa68043ccd11a97595708bbf808340f0cccb0" dmcf-pid="HlhG1Jlwwg" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="초신성 폭발이 만든 거대한 ‘로컬 버블’ 상상도. 지름이 300~400광년인 찌그러진 타원체 모양의 로컬 버블이다. 출처: Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103703006jsgq.jpg" data-org-width="750" dmcf-mid="5Xu26C71m1" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103703006jsgq.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 초신성 폭발이 만든 거대한 ‘로컬 버블’ 상상도. 지름이 300~400광년인 찌그러진 타원체 모양의 로컬 버블이다. 출처: Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian </figcaption> </figure> <h3 contents-hash="d87cf1b004c935e6ddde0ade864830ed0666b22a336f9aa3f2aebd1c73cf4aea" dmcf-pid="XSlHtiSrDo" dmcf-ptype="h3">초신성이 만든 ‘철-60’, 인류 진화에 영향 미쳤나</h3> <div contents-hash="f96475bcf8c72fb613b6ecae4f60a54b092462de8ba649aa45c074193df0b59f" dmcf-pid="ZvSXFnvmOL" dmcf-ptype="general"> 지구 바깥의 우주뿐만 아니라 지구 위에도 초신성 폭발 흔적이 남아 있다. 지구의 심해 퇴적물에서는 방사성 동위원소인 철-60(Fe-60)이 발견된다. 안정적으로 가장 많이 분포하는 철 동위원소인 철-56(Fe-56)은 양성자 26개와 중성자 30개로 구성된다. 이에 비해 철-60은 양성자는 같지만 중성자가 4개 더 많은 원소이다. </div> <p contents-hash="9e2ed96117be6b444ac1166f5800611c5a37db11614d0165d41bfa49e2802f67" dmcf-pid="5TvZ3LTssn" dmcf-ptype="general">중심핵이 붕괴해서 만들어지는 초신성에서는 붕괴 과정에서 다량의 중성자가 형성되고, 이 중성자들이 철 원자핵에 빠르게 포획되면서 철-60과 같은 중성자 과잉 동위원소가 만들어진다. 별 내부 핵반응의 최종 단계에서 형성되는 철 원자핵은 이러한 과정에서 추가적인 중성자를 흡수할 수 있다. II형 초신성 폭발 때 주로 생성되는 철-60의 반감기는 약 200만년이다. 지구에 남아 있는 철-60의 분포는 약 150만~320만년 전과 650만~870만년 전에 초신성 폭발이 있었음을 시사한다는 연구 결과가 있다.[4]</p> <p contents-hash="adf7c02d4d6dcb7ff7d03c60f930c1edb169dc36e6d28d0b1da326717aeb3d7f" dmcf-pid="1yT50oyOEi" dmcf-ptype="general">약 200만년 전은 초기 인류 진화가 본격적으로 진행되던 시기였다. 만약 지구에 남아 있는 철-60 동위원소가 수십광년 거리에서 폭발한 초신성의 흔적이라면, 이 초신성은 수천년 이상에 걸쳐 지구 환경에 영향을 주었을 가능성이 있다. 초신성에서 날아온 고에너지 전자기파와 고에너지 입자는 대기에서 질소산화물을 만들어 오존층을 감소시키고, 그 결과 지표에 도달하는 자외선의 양을 증가시켰을 수 있다. 또한 고에너지 입자가 대기와 충돌하면서 만들어진 뮤온은 지표는 물론 깊은 바다와 지하까지 도달해 생물의 방사선 피폭량을 증가시켰을 수 있다. 이로 인해 DNA 손상이 늘어나 돌연변이 발생률도 높아졌을 수 있다.</p> <p contents-hash="245ef55c0abc0b55bc0da840360bdd8e4fcd8dc704da0f2ff08108698a3d1ea4" dmcf-pid="tWy1pgWIEJ" dmcf-ptype="general">이러한 환경 변화는 생물의 생존 압력과 돌연변이율에 영향을 주었을 것이며, 그 결과 지구 생명체의 진화에도 일정한 영향을 미쳤을 수 있다. 실제로 이러한 시기는 심해 퇴적물에서 발견되는 철-60의 연대와도 일부 겹친다. 물론 초신성이 인류의 진화를 직접 일으켰다는 증거는 없지만, 인류를 포함한 생물 진화의 환경적 배경 가운데 하나였을 가능성은 충분히 상상해볼 수 있다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c3ae975af6af05f7f878221667ff013027d3747ebcdb335f471ecacb86d1fec3" dmcf-pid="FYWtUaYCOd" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="미국 애리조나 레몬산 스카이 천문대 망원경으로 찍은 600광년 거리의 베텔게우스. 위키미디어 코먼스" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103704344qciq.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="1Yb6RTKpI5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/10/hani/20260710103704344qciq.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 미국 애리조나 레몬산 스카이 천문대 망원경으로 찍은 600광년 거리의 베텔게우스. 위키미디어 코먼스 </figcaption> </figure> <h3 contents-hash="b8dfe477f6a651bfd88a33f1e4deaa958328875de59160f0e295449b838ca1d6" dmcf-pid="3GYFuNGhIe" dmcf-ptype="h3">지구에서 가까운 초신성 후보는?</h3> <div contents-hash="42d9cb7218a6205da6622104ec56c842ae58dbc4237fbe1a8b8a076dee832edb" dmcf-pid="0HG37jHlIR" dmcf-ptype="general"> 지구와 가까운 별들 중에서 앞으로 초신성이 될 별이 있을까? 태양 질량의 약 8배 이상인 별은 생의 마지막에 초신성이 된다. 이 기준으로 보면 초신성이 될 수 있는 가까운 별로는 약 250광년 거리의 벨라트릭스(Bellatrix), 스피카(Spica), 그리고 약 600광년 거리의 베텔게우스(Betelgeuse)와 안타레스(Antares) 등이 있다. 벨라트릭스와 스피카는 아직 주계열성 또는 그 직후 단계에 있는 별이다. 이러한 별들은 진화가 진행되면서 적색초거성 단계에 도달하고, 이후 핵연료가 고갈되면 초신성으로 폭발한다. 이 과정은 수십만년에서 수백만년 이상이 걸린다. 따라서 이들 별이 초신성이 되기까지는 아직 매우 긴 시간이 남아 있다. </div> <p contents-hash="59a5fb8005dfe5d0db0e7918908fe6c82cd94478faeda59b0c6d3c32056e041d" dmcf-pid="pXH0zAXSDM" dmcf-ptype="general">반면 베텔게우스와 안타레스는 이미 진화가 상당히 진행된 적색초거성 단계에 있다. 이러한 별들은 앞으로 수천년에서 수십만년 안에 초신성이 될 가능성이 있다. 현재 진화 단계에서는 언제 초신성이 발생해도 이상하지 않은 상태라고 볼 수 있다. 이 두 별의 질량은 태양의 약 15배다.[5] 현재 기준으로는 이들보다 가까운 적색초거성은 알려져 있지 않다. 따라서 베텔게우스와 안타레스는 가까운 미래에 지구 근처에서 초신성이 될 가능성이 있는 대표적인 별들이다.</p> <p contents-hash="d0f2ad334d35f2e07066046ecfb8981714af05ba3cbee56982603282f28f68d7" dmcf-pid="UAjmh2Aisx" dmcf-ptype="general">1987년에 관측된 초신성 SN 1987A의 폭발 전 별이 청색초거성이었음이 확인된 이후, 청색초거성 단계에서도 초신성이 발생할 수 있다는 사실이 알려지게 되었다. 이런 청색초거성의 예로 약 860광년 떨어져 있는 리겔(Rigel)이 있다. 이 별은 베텔게우스나 안타레스보다 더 멀리 떨어져 있다.</p> <p contents-hash="82d633ecbcd5a0606e0b6ad41659b971efeecb531e2be932c82328557a063d5f" dmcf-pid="ucAslVcnmQ" dmcf-ptype="general">약 600광년 거리에 있는 베텔게우스나 안타레스가 초신성 폭발을 일으킨다면 지구에는 어떤 영향을 미칠까? 현재까지의 연구에 따르면, 이 정도 거리에서 폭발하는 일반적인 초신성 폭발만으로는 지구에 직접적인 피해를 줄 가능성이 매우 낮다. 다만 예외적인 경우가 있을 수 있다. 매우 빠르게 회전하는 큰 질량의 별이 붕괴하여 블랙홀이나 강한 자기장을 가진 중성자별(마그네타)을 형성하는 경우, 자전축 방향으로 좁은 상대론적 제트가 방출되면서 감마선 폭발(GRB)이 발생할 수 있다. 만약 이 제트가 우연히 지구를 정확히 향한다면, 수백광년 떨어진 초신성이라도 지구에 상당한 영향을 미칠 가능성이 있다.</p> <p contents-hash="4dce6082e1caade96655f40c7084f8539816b0dc1e466aee63f7e56dca7c7c45" dmcf-pid="7kcOSfkLOP" dmcf-ptype="general">그러나 베텔게우스나 안타레스와 같은 적색초거성이 이러한 매우 특수한 조건을 동시에 충족할 가능성은 매우 낮은 것으로 알려져 있다. 따라서 현재까지의 천문학 지식에 따르면, 이들 별이 초신성으로 폭발하더라도 지구에 심각한 영향을 줄 가능성은 거의 없다.</p> <blockquote class="pretip_frm" contents-hash="b449f0b900347ceb76d497c3b27ec55d179f48d398deb5c21eab65d1abd932d7" dmcf-pid="zEkIv4Eor6" dmcf-ptype="pre"> 주. <br> <br>[1] “Early Supernovae Light Curves Following the Shock Breakout”, E. Nakar and R. Sari, The Astrophysical Journal 725, 904 (2010) <br> <br>[2] “Star formation near the Sun is driven by expansion of the Local Bubble”, C. Zucker, et al., Nature 601, 334 (2022) <br> <br>[3] “Hypothesis: Muon Radiation Dose and Marine Megafaunal Extinction at the End-Pliocene Supernova”, A. L. Melott, F. Marinho, and L. Paulucci, Astrobiology 19, 825 (2019). <br> <br>[4] “Recent near-Earth supernovae probed by global deposition of interstellar radioactive 60Fe”, A. Wallner, et al., Nature 532, 69 (1916) <br> <br>[5] “Colour evolution of Betelgeuse and Antares over two millennia, derived from historical records, as a new constraint on mass and age”, R. Neuhäuser, G. Torres, M. Mugrauer, D. L. Neuhäuser, J. Chapman, D. Luge, and M. Cosci, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 516, 693 (2022). </blockquote> <div contents-hash="f8ff8a5dcfecbec642b12f88365dbe05f746328241b778a0bd72290a66c8bd32" dmcf-pid="qDECT8DgO8" dmcf-ptype="general"> 윤복원 | 미국 조지아공대 연구원(전산재료과학센터·물리학) bwyoon@gmail.com </div> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 한겨레신문사 All Rights Reserved. 무단 전재, 재배포, AI 학습 및 활용 금지</p> 관련자료 이전 알엔투테크놀로지·로드시스템, 외국인 관광 결제 시스템 공동 개발 나선다 07-10 다음 무호바 vs 노스코바, ‘어제의 동지’ 잔디 위 외나무다리 서다 07-10 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
