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- 100미터-그린-뱅크-전파망원경으로 2년 동안 추적
- 복잡한 유기 분자가 노화된 별의 부산물로 형성되고 성간 공간에서도 자유롭게 형성됨을 증명

우주의 PAH(다환방향족탄화수소)
성간 가스 구름은 고리 모양 탄화수소의 풍부한 저장소로 밝혀졌다.

놀라운 발견 :
천문학자들이 우주의 완전히 예상치 못한 곳에서 PAH(다환방향족탄화수소)의 전체 저장소를 발견했다. 별 폭발의 먼지 대신 이 복잡한 분자가 차가운 성간 가스 구름 속에 숨겨져 있기 때문이다. 이것은 연구자들이 9개의 간행물에서 입증했듯이 우주에서 그러한 분자의 화학적 합성에 대해 완전히 새로운 빛을 발하고 있다. 

▲ 황소자리 분자 구름(TMC-1)에서 천문학자들은 예기치 않게 왼쪽에서 오른쪽으로 1- 시아노 나프탈렌, 1- 시아노-시클로 펜타디엔, HC11N, 2- 시아노 나프탈렌, 비닐시아노 아세틸렌, 2-시아노-시클로 펜타 디엔, Benzonitrile, trans- (E) -cyanovinylacetylene, HC4NC 및 propargyl cyanide. 어두운 구름 © M. Weiss / Center for Astrophysics | 하버드 및 스미소니언

아세트산, 포름알데히드, 키랄 프로필렌옥사이드, 축구공 모양의 풀러렌 또는 아미노산 전구체인 아미노아세토니트릴(Aminoacetonitril) :
천문학자들이 이미 우주에서 모든 범위의 유기 분자를 감지했다.
이들 대부분은 어린 별 근처, 행성상 성운 또는 빛나는 초신성 잔해에서 찾을 수 있다.

고리 분자는 어디에 숨어 있을까?

이상한 점은 이러한 유기 분자 중에서 이중 결합으로 연결된 고리 모양의 탄화수소가 매우 드물지만, 이러한 방향족 화합물은 실제로 특별히 안정적이라는 것이다.
죽어가는 별들 근처에서 벤젠과 벤조니트릴만이 발견됐다.
이것은 더 큰 고리 분자와 다환방향족 탄화수소(PAH)가 특정 조건에서만 공간에서 형성된다는 가정을 하게 했다.

MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 연구 책임자 브렛 맥과이어(Brett McGuire)는 "PAH는 우주에 있는 모든 탄소의 최대 25%를 포함할 수 있다. 그러나 우리는 항상 그것들이 죽어가는 별들의 껍질에서 형성되었다고 생각했다"고 말했다.
이론에 따르면, 유기 고리 분자는 그을음과 다른 항성 생성물로부터 "Top-Down"반응으로 형성되어 우주로 던져진다.

어두운 구름 속의 사냥꾼

그러나 새로운 발견은 완전히 다른 그림을 그린다.
McGuire와 그의 팀은 우주에서 한 번도 발견되지 않은 일련의 PAH를 발견했을 뿐만 아니라 이 고리 모양의 탄화수소는 초신성 또는 다른 항성 원에서 멀리 떨어진 곳에서도 발견 할 수 있다.

천문학자들은 웨스트버지니아에 있는 100미터-그린-뱅크-전파망원경
(100-Meter-Green-Bank-Radio teleskop)으로 2년 동안 토러스 분자 구름(TMC-1)을 반복적으로 표적으로 삼고 분자를 추적했다.

▲ 100미터 그린뱅크 전파방원경. 출처: http://images.nrao.edu/31

황소자리 분자 구름은 지구에서 약 450광년 떨어진 곳에 위치한 성간 차가운 가스 구름이다. 밀도가 높은 가스의 붕괴가 언젠가는 새로운 별을 만들어내는 지역이다.
연구진은 "TMC-1은 구름 붕괴 이전의 초기 화학을 보여주는 프로토타입 분자 암운으로 간주된다"고 설명했다. 지금까지 벤조니트릴을 제외하고는 34개의 다른 분자가 발견되었지만 PAH는 없었다.

"거대한 분자 저장소“

지금은 바뀌었다.
McGuire와 그의 팀은 TMC-1에서 처음으로 수많은 고리 모양의 탄화수소를 감지했다.
여기에는 1-시아노나프탈렌, 비닐시아노 아세틸렌(Vinylcyanoacetylen) 또는 프로파길 시안화물(Propargylcyanid)과 같은 수많은 방향족 시안화수소 뿐만 아니라 다른 고리 분자도 포함된다.

McGuire의 동료 Michael McCarthy는 “우리의 관찰은 이러한 분자가 분자 구름에 존재한다는 것을 보여줄 뿐만 아니라 그 양이 모델에서 예측한 것보다 훨씬 많다는 것을 시사한다”며
"매장을 둘러보고 다른 방이 있는지 모르는 것과 비슷하다"고 말했다.

"50년 동안 분자를 검색한 끝에 우리는 이 뒷문을 발견하고 그곳에서 예상하지 못했던 거대한 분자 및 화학 저장소를 발견했다.“

우주 화학에 대한 새로운 관점

천문학자들이 설명했듯이, 새로 발견된 유기 분자 저장소는 우주의 화학 과정에 대한 전체적인 관점을 바꾼다. 복잡한 유기 분자가 노화된 별의 부산물로 형성될 뿐만 아니라 성간 공간에서도 자유롭게 형성된다는 것을 증명하기 때문이다.

거기에서 그들은 서로 반응하고 응집하여 응집체를 형성한다.
"이 분자가 충분히 크면 성간 먼지로 발아할 것이다"고 McGuire는 말한다.
그리고 이 먼지로부터 차례로 소행성, 혜성 및 행성이 생성된다.

McGuire의 동료 앤드류 부카르트(Andrew Burkhardt)는 "어두운 구름은 별과 행성의 발상지다"고 말한다. "이것은 이전에 보이지 않았던 이러한 방향족 분자가 우리와 같은 별, 행성 및 태양계의 형성에 있어서 항상 역할을 한다는 것을 의미한다“

천문학자들은 TMC-1 어두운 구름이 전체 빙산의 일각일 뿐이라고 가정한다.
PAH는 우주일 수 있음 : 이 유기 고리 분자는 많은 성간 차가운 구름에서 발견될 가능성이 높다.
(Nature Astronomy, 2021; doi : 10.1038 / s41550-020-01253-4; The Astrophysical Journal Letters, 2021; doi : 10.3847 / 2041-8213 / aba632; doi : 10.3847 / 2041-8213 / abdbb9)
출처 : Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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