우리 몸 속 탄소는 아마도 은하계를 떠나 우주의 '컨베이어 벨트'를 타고 돌아왔을 것이다.

지구의 생명은 탄소 없이는 존재할 수 없습니다. 하지만 탄소 자체도 별 없이는 존재할 수 없습니다. 수소와 헬륨을 제외한 거의 모든 원소(탄소, 산소, 철 포함)는 항성로에서 단조되어 나중에 별이 죽었을 때 우주로 던져졌기 때문에 존재합니다. 은하계 재활용의 궁극적인 행위에서 우리와 같은 행성은 지구 핵의 철이든, 대기의 산소이든, 지구인의 몸 속의 탄소이든, 별에서 만들어진 원자를 구성에 통합하여 형성됩니다.

미국과 캐나다에 있는 과학자 팀은 탄소와 다른 별이 형성된 원자가 새로운 용도로 끌려갈 때까지 우주를 유유히 떠돌아다니는 것이 아니라는 것을 최근 확인했습니다. 여전히 새로운 별을 활발하게 형성하고 있는 우리 은하와 같은 은하의 경우, 이러한 원자는 우회적인 여행을 합니다. 이들은 은하계 간 공간으로 확장되는 거대한 기류로 원래 은하계를 돌고 있습니다. 이러한 기류(은하 주변 매질이라고 함)는 물질을 밀어내고 은하계 내부로 다시 끌어들이는 거대한 컨베이어 벨트와 비슷합니다. 중력과 다른 힘이 이러한 원자재를 행성, 달, 소행성, 혜성, 심지어 새로운 별로 조립할 수 있습니다.

"은하 주변 매질을 거대한 기차역이라고 생각해 보세요. 끊임없이 물질을 밀어내고 다시 끌어들이죠." 워싱턴 대학교 박사 후보생인 팀원 사만다 가르자가 말했다. "별이 만드는 무거운 원소는 모은하에서 밀려나 폭발적인 초신성 죽음을 통해 은하 주변 매질로 들어가고, 결국 다시 끌려와 별과 행성 형성의 순환을 계속할 수 있습니다."

가르자는 이번 연구 결과를 담은 논문의 주저자이며, 해당 논문은 12월 27일 천체물리학 저널 레터스에 게재되었습니다.

"은하 진화에 대한 의미와 은하가 새로운 별을 형성하는 데 사용할 수 있는 탄소 저장소의 본질에 대한 의미는 흥미진진합니다." 공동 저자이자 UW 천문학과 교수이자 학과장인 제시카 워크가 말했습니다. "우리 몸 속의 동일한 탄소는 아마도 은하계 밖에서 상당한 시간을 보냈을 것입니다!"

2011년, 과학자 팀은 우리 은하와 같은 별 형성 은하가 은하 주변 매질에 둘러싸여 있으며, 이 크고 순환하는 물질 구름에는 산소가 풍부한 고온 가스가 포함되어 있다는 오랜 이론을 처음으로 확인했습니다. 가르자, 베르크 및 그들의 동료들은 별 형성 은하의 은하 주변 매질이 탄소와 같은 저온 물질도 순환한다는 것을 발견했습니다.

"우리는 이제 은하계 주변 매질이 탄소와 산소를 위한 거대한 저장소처럼 작용한다는 것을 확인할 수 있습니다."라고 가르자는 말했습니다. "그리고 적어도 별을 형성하는 은하계에서, 우리는 이 물질이 은하계로 다시 떨어져 재활용 과정을 계속한다고 제안합니다."

은하계 주변 매질을 연구하면 과학자들이 이 재활용 과정이 어떻게 가라앉는지 이해하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 결국 모든 은하계, 심지어 우리 은하계에서도 일어날 것입니다. 한 가지 이론은 은하계 주변 매질이 재활용 과정에 기여하는 속도가 느려지거나 붕괴되면 은하계의 별 개체 수가 장기간에 걸쳐 감소하는 이유를 설명할 수 있다는 것입니다.

가르자는 "물질을 밀어내고 다시 끌어들이는 순환을 유지할 수 있다면 이론적으로는 별 형성을 유지할 수 있는 충분한 연료를 확보할 수 있다"고 말했습니다.

이 연구를 위해 연구자들은 허블 우주 망원경의 Cosmic Origins Spectrograph를 사용했습니다. 이 분광기는 우주의 초고휘도 광원인 9개의 먼 퀘이사에서 나오는 빛이 11개의 별 형성 은하의 은하계 주변 매질에 의해 어떻게 영향을 받는지 측정했습니다. 허블 판독 결과에 따르면 퀘이사에서 나오는 빛 중 일부는 은하계 주변 매질의 특정 구성 요소인 탄소에 흡수되고 있었습니다. 어떤 경우에는 탄소가 거의 400,000광년(우리 은하의 직경의 4배)까지 은하계 간 공간으로 확장되는 것을 감지했습니다.

향후 연구에서는 은하계 주변 매질을 구성하는 다른 원소의 전체 범위를 정량화하고, 여전히 많은 양의 별을 만들고 있는 은하와 별 형성을 거의 멈춘 은하 사이에서 그 구성이 어떻게 다른지 더 비교해야 합니다. 이러한 답변은 우리 은하와 같은 은하가 언제 별 사막으로 전이하는지뿐만 아니라 그 이유도 밝혀줄 수 있습니다.

이 논문의 공동 저자는 브리티시 컬럼비아의 Herzberg 천문학 및 천체물리학 연구 센터의 연구원인 Trystyn Berg, 천문학 분야의 UW 박사후 연구원인 Yakov Faerman, 콜로라도 볼더 대학의 연구원인 Benjamin Oppenheimer, 노스캐롤라이나 주립 대학의 물리학 조교수인 Rongmon Bordoloi, 빅토리아 대학의 물리학 및 천문학 교수인 Sara Ellison입니다. 이 연구는 NASA와 National Science Foundation의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250103150922.htm