빅뱅 뒤의 첫 분자인 수소화 헬륨(HeH+)이 우주에서 처음으로 관측됐다. 이로써 우주생성 이론의 딜레마를 해결했다.
18일 과학저널 네이처지는 데이비드 뉴펠드 존스홉킨스대학 교수가 이끄는 연구팀이 백조자리 방향으로 지구에서 약 3000 광년 떨어진 곳에 있는 NGC 7027 성운에서 수소화 헬륨을 관측하는 데 성공했다고 밝혔다.
우주는 별과 행성, 은하로 가득 차 있다. 약 139억년 전 빅뱅 뒤 초기 뜨거운 우주에는 헬륨과 수소 등 몇 종의 원자만 존재했다.
빅뱅이 이뤄지고 약 10만년쯤 후 우주의 온도가 내려가면서 원자들이 결합해 분자가 되고 비로소 우주도 모양을 갖춰가기 시작한다. 그동안 원자들이 결합해 만든 첫 분자가 바로 헬륨과 수소가 결합한 수소화 헬륨일 것으로 추정돼 왔다.
수소화 헬륨은 이처럼 우주생성 이론에서 물질 생성의 첫 고리 역할을 하지만 그동안 존재가 밝혀지지 않았다. 이 때문에 우주생성 이론에 의문이 제기되고 있었다.
과학자들은 1925년 실험실에서 수소화 헬륨 분자를 만들어내 존재를 확인했다. 1970년대 말부터 행성 성운인 NGC 7027이 수소화 헬륨이 생성되기 적합한 환경으로 판단하고 관찰해 왔다.
연구팀은 2016년부터 보잉 747을 개조해 4만5000피트(13.7㎞) 상공에서 지구 대기권의 영향을 받지 않고 천체를 관측할 수 있는 '성층권 적외선 천문대(SOFIA)'를 이용해 왔다. 최근에는 그레이트(GREAT)라는 독일 테라헤르츠 주파수 수신기에 기존에 없던 수소화 헬륨용 채널까지 추가해 관측을 했다.
뉴펠드 교수는 AFP통신에 “수소화 헬륨의 관측은 자연의 분자 형성 경향을 극적이고 아름답게 보여줬다”고 말했다.
빅뱅 직후 우주가 빠르게 식었지만 약 4000도에 달해 분자가 형성되기에는 적대적 환경이었다. 헬륨 자체가 불활성 기체여서 다른 원자와 쉽게 결합하지 않는 성향을 가진 것을 설명한 것이다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
