빅뱅 이후 우주 첫 분자 ‘HeH＋’발견

지구 상공 성층권을 비행하는 관측소에서 빅뱅 이후 우주에서 형성된 첫 분자 유형을 찾았다.

NASA 적외선 천문학 성층권 관측소(Stratospheric Observatory in SOFIA)는 지구에서 약 3000 광년 떨어진 곳에서 수소 이온화 헬륨(HeH＋·Helium hydride ion)을 탐지했다. 이 분자는 태양과 유사한 성운 먼지가 많은 행성 성운 ‘NGC 7027’에서 발견됐다.

빅뱅 이후 수십억 년간 우주는 너무 뜨겁고 원자들이 서로 결합하기에는 방사선이 너무 컸다. 그 당시 우주에는 수소, 헬륨, 리튬을 포함해 몇 가지 유형의 원자만 존재했다.

이번 연구에 따르면 빅뱅 10 만년 후 우주는 헬륨과 수소가 합쳐져 헬륨 수소 화합물로 알려진 분자를 형성 할만큼 충분히 냉각 된 것으로 나타났다. 그동안 HeH＋는 실험실 환경에서 테스트 돼 왔다.

NASA 성명에 따르면 이번에 최초로 발견된 HeH＋ 분자는 초기 우주의 화학적 성질을 밝혀준다. 캘리포니아 실리콘밸리 SOFIA 과학센터 소장 헤롤드 욜커(Harold Yorke)는 성명서를 통해 “이 분자는 거기에 숨어 있었지만 우리는 올바른 위치에서 관찰 할 수있는 적절한기구가 필요했다. SOFIA는이를 완벽하게 수행 할 수있었다”고 밝혔다.

우주가 냉각되면서 수소 원자가 HeH＋와 상호 작용해 수소 분자를 만들고 별 형성 단계로 진입했다. 그 시점에서 별들은 우주의 다른 요소들을 창조했다.

독일 본에 위치한 막스플랑크 라디오천문학 연구소(Max Planck Institute for the Radio Planet) 연구책임자 롤프 게스튼(Rolf Guesten)은 “성간 우주 공간에 헬륨 하이드 라이드가 존재한다는 증거가 없다는 사실은 수십년간 천문학의 딜레마였다”고 말했다.

NGC 7027은 1970 년대 후반부터 헬륨 하이브리드에 관심 대상이었다. 과학자들은 오래된 별의 자외선과 열이 헬륨 하이브리드가 형성되기에 적합하다고 믿었다. 그러나 천문학자들은 지금까지이 이론을 확인할 수 없었다.

소피아 계측기는 최대 상공 45,000 피트에서 보잉 747-SP 비행기로 비행하는 망원경이다. 관측치는 지구 대기의 간섭에 영향을 받지 않는다. 소피아는 매 비행 후 지상으로 돌아와 과학자들이 최신 기술로 장비를 정기적으로 업데이트 할 수 있도록한다. 가장 최근의 업그레이드 중 하나는 이전의 망원경에는 없었던
HeH＋ 신호를 탐지하는 특정 채널을 추가하는 것이었다.

소피아(SOFIA) 프로젝트에 참여한 나심 랑왈라(Naseem Rangwala)는”이 유연성 덕분에 우리는 관측을 개선하고 과학자들이 대답하기를 원하는 가장 시급한 질문에 대답 할 수있게 됐다” 고 말했다.

이번 연구 결과는 네이처(Nature) 지에 4월 17 일자로 발표됐다.