우주의 물은 이전에 생각했던 것보다 빅뱅에 더 가깝게 형성되었을 수 있습니다.

우주에 물이 존재한다는 사실은 누구나 알고 있지만, 특히 빅뱅 근처에서 물이 예상보다 훨씬 일찍 나타났다는 사실을 알면 놀랄지도 모릅니다.

우리가 아는 생명체가 우주에 처음 등장한 것은 언제일까?

우리는 확실히 알 수 없지만, 그 답은 우주에 물이 처음 나타난 시기와 밀접하게 연관되어 있습니다. 그리고 새로운 시뮬레이션에 따르면 그러한 생명을 주는 물을 형성하는 데 도움이 된 첫 번째 세대의 별은 빅뱅 이후 불과 1억~2억 년 후에 나타났습니다. 이는 기존 추정치보다 5억 년 이상 앞당겨진 것입니다.

연구 결과에 따르면, 초기 은하 형성의 '뜨거운' 혼돈 속에서도 이 초기 물 일부가 살아남았다면 신생 행성에 흡수되었을 가능성이 있으며, 이는 빅뱅 이후 수억 년 만에 물이 풍부한 거주 가능한 세계로 이어질 가능성이 있습니다. 이 모든 것은 우주에서 생명이 어떻게 시작되었을지에 대한 이야기와 관련이 있습니다.

칠레의 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 망원경(ALMA)에서 실시한 이전 관측 결과에 따르면 빅뱅 이후 약 7억 8천만 년 후에도 물이 존재했으며, 그 당시 어린 우주는 소량의 리튬과 함께 가벼운 수소와 헬륨으로 가득 차 있었습니다. 이러한 원소들은 천문학자들에게 제3종별이라 알려진 첫 번째 세대의 별을 형성했습니다. 이 별은 질량이 매우 커서(태양 질량의 수십 배, 심지어 수백 배) 초신성으로 죽기 전까지 상당한 수명을 가졌습니다. 산소를 포함한 우주의 무거운 원소 중 다수는 별 내부에서 핵반응을 통해 형성되고 별이 죽으면 우주로 분산되어 다음 세대의 별에 흡수됩니다.

우주에 물이 처음 형성된 시점을 알아내기 위해 연구팀은 수치 모델을 사용하여 두 개의 초기 세대 별의 수명을 추적했습니다. 하나는 태양보다 13배 더 무겁고 다른 하나는 200배 더 무겁습니다. 작은 가상 별은 초신성 폭발로 죽기 전까지 1,220만 년 동안 존재했으며, 주변 우주로 약 0.051 태양 질량(지구 질량의 약 17,000배)에 해당하는 산소를 방출했습니다. 더 큰 시뮬레이션된 별은 폭발로 끝나기 전까지 불과 260만 년 동안 연료를 모두 소모했으며, 5,500만 태양 질량(1,800만 지구 질량 이상)에 달하는 질량을 우주로 방출했습니다.

시뮬레이션에 따르면 각 초신성의 충격파가 바깥쪽으로 퍼져 나갈 때 난류 밀도 변동으로 인해 잔물결이 발생하고, 이로 인해 일부 가스가 응축되어 빽빽한 덩어리가 형성됩니다. 초신성 폭발로 인해 방출된 산소를 포함한 금속이 풍부한 이 남은 덩어리는 초기 우주 전체에서 물이 형성되기에 가장 적합한 장소였을 가능성이 높습니다.

구름의 더 밀도가 높은 부분에 위치한 물은 근처 별에서 오는 강한 방사선으로부터 파괴되지 않을 것입니다. 그러나 연구팀은 각 성단에서 단 하나의 별만 형성되는 가장 단순한 경우를 ��려했지만, 이론적 시뮬레이션에 따르면 여러 개의 별계가 일반적인 것으로 나타났습니다. 하늘에 있는 별의 절반 이상은 하나 이상의 형제 별을 가지고 있습니다. 근처에 별이 더 많다는 것은 더 밀도가 높고 물이 풍부한 성단을 의미하지만, 방사선도 더 많다는 것을 의미합니다.

이것들은 우주과학자들이 답하려고 하는 최초의 질문들이지만, 이 주제를 더 깊이 파고들어 자세히 탐구하려면 더 많은 사람들이 필요합니다.