라돈, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논 및 우주에서 최초로 발견된 분자인 아르곤의 6개만 있습니다. 이들은 모두 매우 낮은 화학 반응성을 갖는 무취, 무색, 단원자 기체입니다. 그렇다면 ESA의 Herschel Space Observatory를 사용하는 천문학자 팀은 어디에서 다소 특이한 발견을 했을까요? Messier 1… '게' 성운을 사용해 보세요!
Mike Barlow 교수(UCL 물리 및 천문학과)가 이끄는 연구에서 UCL 연구팀은 아르곤 수소 이온의 화학적 특성을 발견했을 때 적외선에서 이 유명한 초신성 잔해의 차가운 가스와 먼지 영역을 측정했습니다. 과학자들은 인간의 눈으로 감지할 수 있는 것보다 더 긴 파장의 빛을 관찰함으로써 아르곤이 자연적으로 어떻게 발생하는지에 대한 최신 이론에 신빙성을 부여했습니다.
“우리는 Herschel을 사용하여 여러 밝은 초신성 잔해의 먼지를 조사하고 있었는데 그 중 하나가 게 성운이었습니다. 여기서 아르곤 수소화물 이온을 발견하는 것은 비활성 기체인 아르곤과 같은 원자가 분자를 형성할 것이라고 예상하지 못했고 초신성 잔해의 가혹한 환경에서 찾을 것이라고 기대하지 않았기 때문에 예상치 못한 일이었습니다.”라고 Barlow가 말했습니다.
별에 관해서는 뜨겁고 가시 스펙트럼을 점화합니다. 성운 먼지와 같은 차가운 물체는 적외선에서 더 잘 보이지만 한 가지 문제가 있습니다. 지구의 대기가 전자기 스펙트럼의 끝 부분을 감지하는 것을 방해한다는 것입니다. 비록 우리가 가시광선으로 성운을 볼 수 있지만, 보이는 것은 춥고 먼지가 많은 지역이 아니라 뜨겁고 들뜬 가스의 산물입니다. 이러한 보이지 않는 영역은 Herschel의 SPIRE 기기의 특장점입니다. 그들은 분광 관찰로 원적외선의 먼지를 매핑합니다. 이 경우 연구자들은 완전히 이해하는 데 시간이 필요한 매우 특이한 데이터를 발견했을 때 다소 놀랐습니다.
Barlow는 '적외선 스펙트럼을 관찰하는 것은 분자의 특징, 특히 회전 특징을 제공하기 때문에 유용합니다.'라고 말했습니다. '예를 들어, 두 개의 원자가 결합되어 있는 경우 공유된 질량 중심을 중심으로 회전합니다. 그들이 회전할 수 있는 속도는 매우 구체적이고 양자화된 주파수에서 나오며, 우리는 이를 우리 망원경으로 적외선 형태로 감지할 수 있습니다.”
보도 자료에 따르면 원소는 동위원소로 알려진 다양한 형태로 존재할 수 있습니다. 이들은 원자핵에서 다른 수의 중성자를 가지고 있습니다. 속성과 관련하여 동위 원소는 서로 다소 비슷할 수 있지만 질량은 다릅니다. 이 때문에 회전 속도는 분자에 존재하는 동위원소에 따라 달라집니다. '게 성운의 특정 지역에서 나오는 빛은 618GHz와 1235GHz 부근에서 극도로 강하고 설명할 수 없는 강도의 피크를 보여주었습니다.' 서로 다른 분자의 알려진 특성에 대한 데이터를 비교함으로써 과학 팀은 미스터리 방출이 수소화 아르곤의 분자 이온을 회전시키는 산물이라는 결론에 도달했습니다. 게다가 격리될 수도 있습니다. 그렇게 회전할 수 있는 유일한 아르곤 동위원소는 아르곤-36이었습니다! 게 성운의 중심 중성자별에서 방출된 에너지가 아르곤을 이온화한 다음 수소 분자와 결합하여 분자 이온 ArH+를 형성하는 것으로 보입니다.
팀의 일원인 Bruce Swinyard 교수(UCL 물리 및 천문학부 및 Rutherford Appleton 연구소)는 다음과 같이 덧붙였습니다. 열심히 찾아야 합니다. 이 경우 스펙트럼에서 튀어나온 것뿐입니다.”
초신성 잔해에 있는 이 아르곤-36 사례는 자연적인 것입니까? 물론이지. 이번 발견이 최초의 발견이기는 하지만 의심할 여지 없이 이것이 마지막 발견이 아닐 것입니다. 이제 천문학자들은 아르곤이 어떻게 형성되는지에 대한 이론을 확고히 할 수 있습니다. 현재 예측에 따르면 아르곤-36은 물론 아르곤-40도 초신성 구조의 일부가 될 수 없습니다. 그러나 여기 지구에서 아르곤-40은 암석에 있는 칼륨의 방사성 붕괴를 통해 생성되는 지배적인 동위원소입니다.
희가스 연구는 계속해서 UCL 과학자들의 초점이 될 것입니다. 놀라운 우연의 일치로 다른 비활성 기체와 함께 아르곤이 19세기 말 William Ramsay에 의해 UCL에서 발견되었습니다! 그가 그 발견이 우리를 얼마나 멀리 데려갈지 알았다면 어떤 생각을 했을까요?
원본 스토리 출처: 유니버시티 칼리지 런던(UCL) 보도 자료