빅뱅 3억 5천만년 뒤 탄소 탄생했다?

우주가 탄생한 직후 은하를 관측한 결과 놀라울 정도로 많은 양의 탄소가 포함되어 있었다는 연구 결과가 발표됐다. 생명 근원으로 중요한 원소인 탄소가 기존 추정보다 빨리 생성됐다는 걸 의미하는 이 발견은 우주에서 생명이 탄생하는 데 필요한 조건이 초기 단계에서 갖춰졌을 가능성을 보여준다.

케임브리지대학이 주도한 국제 천문학 연구팀은 이번 연구에서 제임스웹우주망원경(JWST)이 관측한 은하 GS-z12를 구성하는 원소를 분석했다. GS-z12는 인류가 지금까지 관측한 가장 먼 은하 중 하나다. 130억 년 이상 걸려 지구에 도달한 GS-z12 빛을 관측해 빅뱅 수억 년 뒤 젊은 은하 모습을 알 수 있다.

연구팀이 JWST 근적외선 분광기(NIRSpec)를 사용해 GS-z12 스펙트럼을 분석하고 은하를 구성하는 물질에 대한 화학적 조성을 식별한 결과 GS-z12에 대량 탄소가 존재한다는 걸 알게 됐다.

GS-z12에서 탄소가 검출된 것에 대해 연구팀은 초기 별은 탄소보다 산소를 더 많이 생성했다고 여겨졌기 때문에 이렇게 이른 시기 우주에서 탄소가 발견된 건 놀라웠다며 이 사실은 최초 별들이 지금까지 생각되었던 것과는 전혀 다른 과정으로 만들어졌을 가능성이 있다는 것을 말해준다고 말했다.

천문학에서는 아주 초기 우주에 존재했던 건 가장 단순한 원소인 수소와 헬륨 조금, 그리고 미량 리튬뿐이었다고 여겨졌다. 이후 별 내부 핵융합에 의해 새로운 원소가 만들어지는 항성 내 원소 합성에 의해 다양한 원소가 만들어지고 이들이 초신성 폭발로 우주에 퍼져 지구와 같은 암석 행성이 형성되어 갔다.

지금까지 탄소는 우주가 생기고 10억 년 뒤 합성되기 시작했다고 여겨졌지만 이번 연구로 빅뱅으로부터 단 3억 5,000만 년 뒤 우주에 풍부한 탄소가 있었을 가능성이 제시됐다. 이로 인해 곧바로 생명 탄생에 관한 이론이 다시 쓰이는 건 아니지만 우주 진화에 관한 향후 연구에 큰 단서가 될 것으로 기대된다.

예를 들어 몇몇 우주 모델에 따르면 최초기 별이 초신성으로 폭발했을 때 에너지는 지금까지의 예측보다 적었을 가능성이 있다고 한다. 그랬다면 별의 외각 부분에서 형성된 탄소는 폭발로 멀리까지 날아가 은하 전체에 퍼질 수 있었지만 산소는 도망가지 못하고 블랙홀에 빨려 들어갔을지도 모른다.

연구팀은 이번 관측 결과는 초기 우주에서 탄소가 급속히 농축됐다는 걸 보여준다며 잘 알려진 대로 탄소는 생명 기본 요소이므로 우주에 생명이 탄생한 게 최근의 일이라는 건 어쩌면 잘못된 것일 수 있고 더 일찍 출현했을 가능성이 있다고 밝혔다. 만일 우주 다른 곳에 생명이 존재했다면 지구와는 완전히 다른 진화를 겪었을지도 모른다는 설명이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.