지구에서 430광년 떨어진 황소자리 분자 구름 내에 위치한 심우주에서 거대 복합 탄소가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 이는 천체화학의 오랜 미스터리, 즉 '생명의 핵심 구성 요소인 탄소가 어디에서 왔는가'를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 추가 단서를 제공할 것으로 기대된다.

피렌(pyrene)이라고 불리는 이 분자는 탄소의 4개의 융합된 평면 탄소 고리로 구성되어 있다. 따라서 다환 방향족 탄화수소(PAH)로 분류되며, 이는 가시 우주에서 가장 풍부한 복합 분자 중 하나다. PAH는 1960년대에 탄소질 콘드라이트로 알려진 운석에서 처음 발견되었는데, 이는 우리 태양계를 형성한 원시 성운의 잔해이다.

매사추세츠 공과대학(MIT) 화학과 브렛 맥과이어 교수는 "별과 행성 형성의 큰 의문 중 하나는 초기 분자 구름에서 추출한 화학 물질 중 얼마나 많은 부분이 유전되어 태양계의 기본 구성 요소를 형성하는가 하는 것이다"라고 말했다. PAH는 우주에서 발견되는 탄소의 약 20%를 차지하는 것으로 추정되며, 별의 형성에서 사멸까지의 별의 일생 여러 단계에서 존재한다. PAH는 자외선(UV) 방사선에 대한 안정성과 복원력으로 인해 심우주의 혹독한 환경에서도 생존할 수 있다.

연구진은 지구 근처에서 발견된 소행성 류구(Ryugu)로부터 수집한 샘플에서 피렌이 높은 수준으로 발견된 후, 황소자리 구름에서도 다른 PAH를 찾기 시작했고 이번에 복합 탄소 분자를 발견하게 된 것이다. 태양계의 발상지에서 이런 분자를 발견한 것은 천문학자들이 오랫동안 찾아왔던 직접적인 연결 고리를 제공한다. 맥과이어는 "이는 초기 분자 구름에서 나온 이 물질이 우리 태양계를 구성하는 얼음, 먼지 및 암석체로 들어간다는 매우 강력한 증거"라고 설명했다.

이 발견은 전파 천문학을 이용한 것으로, 전파 천문학은 별, 행성, 은하, 먼지 구름과 같은 천체를 전파의 파장으로 관찰하는 천문학의 주요 분야다. 천문학자들은 다양한 천체에서 발생하는 전파를 연구함으로써 특정 대상의 구성, 구조 및 운동을 파악한다.

우주에서 분자를 식별하는 데 사용되는 다른 장비와 비교해, 전파 망원경은 일반 분자 그룹이 아닌 개별 분자를 관찰할 수 있는 기능을 제공한다. 전파 망원경은 분자가 특정 주파수에서 방출하거나 흡수하는 전자기파의 고유한 ‘지문(특성)’을 감지하고 출력한다. 각 분자는 고유한 회전 및 진동 에너지 레벨을 갖는다. 특성 전파는 분자가 이러한 레벨 사이를 전환할 때 생성된다. 전파 망원경은 이를 탐지해 연구에 제공하는 것이다.

이번 탄소 분자에 대해 UBC 화학과의 일사 쿡 교수는 "이는 2021년 처음 발견한 이후 우주에서 확인된 일곱 번째 개별 PAH"라고 말했다. 그는 "PAH는 생명의 구성 요소와 유사한 화학 구조를 갖고 있다. 이 분자가 어떻게 형성되고 우주로 운반되는지에 대해 더 많이 알게 되면 우리 태양계와 그 안의 생명에 대해 더 많이 알게 될 것이다"라고 부연했다.

태양계의 기원지에서 피렌을 발견한 것 외에도, 연구팀에게 더욱 흥미로웠던 것은 구름의 온도가 단지 10켈빈(섭씨 영하 263도)으로 측정되었다는 사실이다. 지구에서 PAH는 화석연료의 연소와 같은 고온 과정을 통해 형성된다. 따라서 이 추운 환경에서 PAH를 발견한 것은 놀라운 일이었다. 

쿡 교수는 "향후 연구는 PAH가 극도로 추운 곳에서 형성될 수 있는지, 아니면 우주의 다른 곳에서 오래된 별의 죽음을 통해 형성돼 이동할 수 있는지 여부를 탐구하는 것이 목표"라고 말했다.