숭실대 물리학과 천명기 교수팀이 태양계에 존재하는 원소 중 테크네튬(Tc)의 동위원소인 테크네튬-98(98Tc)이 초신성폭발과정에서 중성미자에 의해 생성될 수 있음을 규명했다.

이번 연구는 일본 국립천문대, 중국 베이항대, 미국 노트르담대 연구진과 함께 했다. 연구 결과는 미국 물리학회 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스'에 게재됐다.

초신성폭발은 태양 질량의 10배 이상 되는 별들이 마지막 진화 과정에서 일으키는 폭발이다. 엄청난 에너지를 순간적으로 방출하며 폭발하는 과정을 통해 철보다 무거운 원소들이 우주에 존재할 수 있게 된다. 그 중 테크네튬-98 원소의 경우 주변 원소들이 모두 안정, 그동안 기존의 핵합성 이론으로는 생성원리가 명확히 설명되지 않았다.

이에 한국·일본·중국·미국 공동연구진은 중성미자의 효과를 포함한 초신성 폭발 시뮬레이션을 통해 테크네튬-98 원소의 생성원리를 제시했다.

중성미자는 주변의 물질과 반응하는 정도가 매우 적어 핵합성 과정에서 크게 기여하지 않을 것으로 여겨져 왔으나, 연구진들은 초신성 폭발과정에서 방출되는 중성미자들 중 특히 반전자 중성미자(electron anti-neutrino)가 테크네튬-98 생성에 크게 기여할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

또 이번 연구 결과는 태양계에 영향을 미쳤던 초신성 폭발의 정보를 얻을 수 있는 가능성까지 제시해 더욱 주목받고 있다. 테크네튬-98은 루테늄-98로 붕괴하는 성질을 갖는데, 그 양이 절반으로 줄어들기까지 약 420만년이 걸린다. 따라서 현재 태양계의 운석 분석으로부터 두 원소의 비율이 관측된다면, 이번 연구 결과와 비교를 통해 태양계에 영향을 주었던 초신성 폭발의 시기를 추정할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다.

천명기 교수는 "이 연구는 초신성 폭발과정과 그때 생성되는 원소의 기원을 추정하는데 중성미자 역할이 중요함을 보여준다"며 "분석기술이 빠르게 발전하고 있어 머지않아 운석 속의 테크네튬-98과 루테늄-98의 측정이 가능해지고 이를 통해 태양계 형성 당시의 초신성폭발에 대한 정보도 얻을 수 있을 것"이라고 전했다.