———격렬한 별 폭발로 인해 숨겨진 삶의 방식이 드러났습니다.

염소와 칼륨이 이 범주에 속합니다. 그들은 홀수 개의 양성자를 가지고 있는 홀수-Z 원소로 분류되며 생명과 행성의 발달에 모두 중요합니다. 그러나 현재 모델에 따르면 별은 천문학자들이 실제로 우주에서 관찰하는 염소와 칼륨의 약 10분의 1만 생산해야 하며 이로 인해 오랫동안 지속된 과학적 수수께끼가 발생합니다.

XRISM은 초신성 잔해를 연구하는 새로운 방법을 제공합니다

이러한 이해의 차이로 인해 교토 대학과 메이지 대학의 연구자들은 초신성 잔해가 누락된 단서를 갖고 있는지 조사하게 되었습니다. 그들은 2023년 JAXA가 발사한 X선 위성인 X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission의 약자인 XRISM을 사용하여 은하수의 카시오페이아 A 초신성 잔해로부터 고해상도 X선 분광 데이터를 수집했습니다.

이를 달성하기 위해 팀은 XRISM의 미세 열량계 Resolve 장비를 사용했습니다. 이 장치는 이전 X선 검출기보다 약 10배 더 선명한 에너지 분해능을 제공하므로 연구자들은 희귀 원소와 관련된 희미한 방출선을 포착할 수 있습니다. 카시오페이아 A에서 데이터를 수집한 후, 그들은 측정된 염소와 칼륨의 양을 초신성이 원소를 생성하는 방법에 대한 여러 이론적 모델과 비교했습니다.

초신성이 생명과 관련된 원소를 생성한다는 증거

결과는 표준 모델에서 예상했던 것보다 훨씬 높은 수준에서 염소와 칼륨 모두의 명확한 X선 방출 선을 보여주었습니다. 이는 단일 초신성이 천문학자들이 우주에서 보는 것과 일치할 만큼 충분한 이러한 원소를 생성할 수 있다는 최초의 관측 확인입니다. 연구자들은 빠른 회전, 쌍성 상호 작용 또는 껍질 합병 사건에 의해 구동되는 거대한 별 내부의 강력한 내부 혼합이 이러한 요소의 생산을 크게 증가시킬 수 있다고 믿습니다.

“Resolve 데이터를 처음 봤을 때 발사 전에는 볼 수 없을 것이라고 예상했던 요소를 발견했습니다. 우리가 개발한 위성으로 이러한 발견을 하는 것은 연구원으로서 진정한 기쁨입니다.”라고 교신저자인 Toshiki Sato는 말합니다.

별이 생명의 구성 요소를 형성하는 방법에 대한 통찰력

이러한 발견은 생명체에 필수적인 화학 성분이 별 내부 깊은 곳의 극한 조건에서 형성되었으며 나중에 생명체가 출현한 환경과 유사한 모든 것과는 멀리 떨어져 있음을 보여줍니다. 이 연구는 또한 항성 내부의 작업 과정을 밝혀내는 데 있어 고정밀 X선 분광학이 얼마나 강력한지를 보여줍니다.

교신 저자인 우치다 히로유키(Hiroyuki Uchida)는 “폭발하는 별 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 아주 조금이라도 이해할 수 있게 되어 기쁘다”고 말했습니다.

항성 진화를 이해하기 위한 다음 단계

팀은 카시오페이아 A에서 발견된 높은 수준의 염소와 칼륨이 거대한 별의 전형적인 것인지 아니면 이 특정 잔해에만 고유한 것인지 확인하기 위해 XRISM을 사용하여 추가 초신성 잔해를 계속 연구할 계획입니다. 이는 여기서 확인된 내부 혼합 과정이 항성 진화의 광범위한 특징인지 여부를 밝히는 데 도움이 될 것입니다.

“지구와 생명이 어떻게 존재하게 되었는가는 모든 사람이 한 번쯤은 생각해 본 영원한 질문입니다. 우리의 연구는 그 광대한 이야기의 작은 부분만을 밝혀냈지만, 그 이야기에 기여할 수 있게 된 것을 진심으로 영광으로 생각합니다”라고 교신 저자인 Kai Matsunaga는 말했습니다.