가장 큰 성간 황 분자 발견
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2026-01-27 22:51:58
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- 천체화학자들이 우주 분자 구름에서 처음으로 복잡한 고리형 황 함유 분자를 발견
- 황 함유 화합물은 생화학적 과정에 필수.지구상 모든 생명체에 없어서는 안 될 구성 요소
- 특별히 개발된 분광기를 사용해 2,5-CT가 전파 영역에서 생성하는 스펙트럼 신호 측정
- 새롭게 발견된 2.5-CT는 은하수의 분자 구름과 항성 생성지에서 태양계의 운석, 혜성, 궁극적으로 지구와 지구 생명체까지 이어지는 연결고리 제시
황 함유 화합물은 많은 생화학적 과정에 필수적이다. 따라서 황은 지구상의 모든 생명체에 없어서는 안 될 구성 요소로 여겨진다. 도대체 황은 어디에서 온 것일까? 현재 가설에 따르면 혜성, 소행성, 그리고 초기 지구를 포함한 태양계 천체들은 태양계의 원시 성운으로부터 황을 물려받았다. 따라서 다른 별과 행성이 형성되는 분자 구름에도 황을 포함하는 분자가 존재해야 한다.
수수께끼 같은 황 공백
하지만 문제는 이러한 구름에서 수행된 분광 측정에서 예상보다 최대 천 배나 적은 양의 황이 검출되었다는 점이다. 천문학자들은 이미 성간 공간에서 340종 이상의 다양한 분자를 발견했지만, 황을 포함하는 화합물은 극히 드물다. 왜 그럴까? 일부 천체화학자들은 부족한 황이 성간 먼지 입자의 얼음층에 숨겨져 있을 가능성을 제기했다. 다른 이들은 방법론적인 문제, 즉 황 화합물을 탐지하기 어렵다는 점에 주목했다.
독일 남부 가르싱에 있는 막스 플랑크 외계물리학 연구소의 아라키 미쓰노리(Araki Mitsunori) 연구팀은 이러한 두 번째 가설을 연구하고 있다. 그들의 가정은 다음과 같다. 특히, 더 복잡한 고리형 황 함유 분자는 분광에서 미약하고 식별하기 어려운 신호만을 생성한다. 무엇을 찾아야 하는지 정확히 알지 못하면 이러한 신호는 쉽게 간과될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 아라키와 그의 연구팀은 두 단계 접근법을 사용했다.
은하 분자 구름에서의 발견
두 번째 단계는 2.5-CT 분자를 찾기 위한 천문학적 탐색이었다. 이를 위해 연구팀은 2만7천 광년 떨어진 분자 구름 G+0.693–0.027을 관측한 두 대의 전파 망원경에서 얻은 스펙트럼 데이터를 분석했다. 이 비교적 차가운 구름은 우리 은하 중심부 근처에 위치하며, 전파 영역에서 밝은 복사선을 방출하는 천체가 몇 개 되지 않는다. 아라키와 그의 동료들은 "이로 인해 스펙트럼선 병합이나 높은 여기 온도로 인한 간섭이 줄어든다"고 설명했다.
그리고 실제로 연구팀은 찾던 황 분자의 "지문"과 같은 수많은 스펙트럼선을 발견했다. 아라키는 "이것은 성간 공간에서 복잡한 고리 모양의 황 함유 분자를 명확하게 발견한 최초의 사례다"고 말했다. 총 13개의 원자로 이루어진 이 분자는 현재까지 알려진 성간 공간에서 가장 큰 황 함유 분자다. 지금까지 발견된 가장 큰 황 분자인 디메틸 설파이드(Dimethyl Sulfide)는 9개의 원자로 이루어진 사슬형 구조였다.
빙산의 일각에 불과
"2.5-CT의 발견은 고리형 분자의 성간 화학이 기존에 알려진 계열을 넘어 황을 포함하는 화합물까지 아우른다는 것을 보여준다"고 아라키 연구팀은 밝혔다. "이는 우주 황 화학에 대한 새로운 지평을 열어준다." 이 천체화학자들은 이번에 발견된 고리형 황 분자가 복잡한 황 함유 탄화수소의 거대한 빙산의 일각에 불과할 수 있다고 추정한다.
동시에, 새롭게 발견된 2.5-CT는 은하수의 분자 구름과 항성 생성지에서 태양계의 운석과 혜성, 그리고 궁극적으로 지구와 지구 생명체까지 이어지는 연결고리를 제시한다.
참고: Nature Astronomy, 2026; doi: 10.1038/s41550-025-02749-7)
출처: Nature Astronomy, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
네이처 천문학, 막스 플랑크 외계물리학 연구소
- 천체화학자들이 우주 분자 구름에서 처음으로 복잡한 고리형 황 함유 분자를 발견
- 황 함유 화합물은 생화학적 과정에 필수.지구상 모든 생명체에 없어서는 안 될 구성 요소
- 특별히 개발된 분광기를 사용해 2,5-CT가 전파 영역에서 생성하는 스펙트럼 신호 측정
- 새롭게 발견된 2.5-CT는 은하수의 분자 구름과 항성 생성지에서 태양계의 운석, 혜성, 궁극적으로 지구와 지구 생명체까지 이어지는 연결고리 제시
가장 큰 성간 황 분자 발견
이 분자 발견은 지구 생명체의 구성 요소 기원에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.
화학적 발견:
천체화학자들이 우주 분자 구름에서 처음으로 복잡한 고리형 황 함유 분자를 발견했다. 13개의 원자로 구성된 이 황 화합물은 성간 공간에서 발견된 것 중 가장 큰 것으로, 지구 생명체의 구성 요소 기원에 대한 중요한 단서가 된다. 연구팀은 "네이처 천문학(Nature Astronomy)"에 발표한 논문에서 이 황 분자의 발견으로 다른 복잡한 화합물을 찾을 가능성이 열렸다고 밝혔다.
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| ▲ 천체화학자들이 분자운에서 최초로 황을 포함하는 고리형 분자를 발견했다. © MPE/ NASA/JPL-Caltech |
황 함유 화합물은 많은 생화학적 과정에 필수적이다. 따라서 황은 지구상의 모든 생명체에 없어서는 안 될 구성 요소로 여겨진다. 도대체 황은 어디에서 온 것일까? 현재 가설에 따르면 혜성, 소행성, 그리고 초기 지구를 포함한 태양계 천체들은 태양계의 원시 성운으로부터 황을 물려받았다. 따라서 다른 별과 행성이 형성되는 분자 구름에도 황을 포함하는 분자가 존재해야 한다.
수수께끼 같은 황 공백
하지만 문제는 이러한 구름에서 수행된 분광 측정에서 예상보다 최대 천 배나 적은 양의 황이 검출되었다는 점이다. 천문학자들은 이미 성간 공간에서 340종 이상의 다양한 분자를 발견했지만, 황을 포함하는 화합물은 극히 드물다. 왜 그럴까? 일부 천체화학자들은 부족한 황이 성간 먼지 입자의 얼음층에 숨겨져 있을 가능성을 제기했다. 다른 이들은 방법론적인 문제, 즉 황 화합물을 탐지하기 어렵다는 점에 주목했다.
독일 남부 가르싱에 있는 막스 플랑크 외계물리학 연구소의 아라키 미쓰노리(Araki Mitsunori) 연구팀은 이러한 두 번째 가설을 연구하고 있다. 그들의 가정은 다음과 같다. 특히, 더 복잡한 고리형 황 함유 분자는 분광에서 미약하고 식별하기 어려운 신호만을 생성한다. 무엇을 찾아야 하는지 정확히 알지 못하면 이러한 신호는 쉽게 간과될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 아라키와 그의 연구팀은 두 단계 접근법을 사용했다.
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| ▲ 여기 보이는 황소자리 성운처럼 약 450광년 떨어진 곳에 위치한 차가운 분자 구름은 별의 탄생지다. 또한 생명체의 분자 구성 요소를 이루는 많은 전구체들을 포함하고 있다. © ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech, R. Hurt, CC-by-sa 3.0 IGO |
실험실 실험을 통해 스펙트럼 지문 발견
첫 번째 단계에서 천체화학자들은 우주 분자 구름에 존재할 수 있는 황 분자 중 하나인 2,5-사이클로헥사디엔-1-티온(C₆H₆S), 줄여서 2,5-CT를 합성했다. 2,5-CT는 황 원자를 포함하는 고리형 탄화수소 화합물이다. 이 분자의 직접적인 화학적 전구체인 티오페놀(Thiophenol)은 이미 운석에서 발견됐다.
천체화학자들은 특별히 개발된 분광기를 사용해 2,5-CT가 전파 영역에서 생성하는 스펙트럼 신호를 측정했다. 그 결과, 이 복잡한 황 함유 분자가 92개의 스펙트럼선으로 구성된 특징적인 "전파 지문"을 남긴다는 것을 확인했다. 이 고해상도 스펙트럼 신호를 통해 이제 이전보다 훨씬 더 정밀하게 우주에서 이 단일 분자를 탐색할 수 있게 되었다.
은하 분자 구름에서의 발견
두 번째 단계는 2.5-CT 분자를 찾기 위한 천문학적 탐색이었다. 이를 위해 연구팀은 2만7천 광년 떨어진 분자 구름 G+0.693–0.027을 관측한 두 대의 전파 망원경에서 얻은 스펙트럼 데이터를 분석했다. 이 비교적 차가운 구름은 우리 은하 중심부 근처에 위치하며, 전파 영역에서 밝은 복사선을 방출하는 천체가 몇 개 되지 않는다. 아라키와 그의 동료들은 "이로 인해 스펙트럼선 병합이나 높은 여기 온도로 인한 간섭이 줄어든다"고 설명했다.
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| ▲ 구조와 에너지는 CAM-B3LYP/cc-pCV5Z 이론 수준에서 도출되었다. (출처:Published: 23 January 2026 / A detection of sulfur-bearing cyclic hydrocarbons in space / nature astronomy) |
그리고 실제로 연구팀은 찾던 황 분자의 "지문"과 같은 수많은 스펙트럼선을 발견했다. 아라키는 "이것은 성간 공간에서 복잡한 고리 모양의 황 함유 분자를 명확하게 발견한 최초의 사례다"고 말했다. 총 13개의 원자로 이루어진 이 분자는 현재까지 알려진 성간 공간에서 가장 큰 황 함유 분자다. 지금까지 발견된 가장 큰 황 분자인 디메틸 설파이드(Dimethyl Sulfide)는 9개의 원자로 이루어진 사슬형 구조였다.
빙산의 일각에 불과
"2.5-CT의 발견은 고리형 분자의 성간 화학이 기존에 알려진 계열을 넘어 황을 포함하는 화합물까지 아우른다는 것을 보여준다"고 아라키 연구팀은 밝혔다. "이는 우주 황 화학에 대한 새로운 지평을 열어준다." 이 천체화학자들은 이번에 발견된 고리형 황 분자가 복잡한 황 함유 탄화수소의 거대한 빙산의 일각에 불과할 수 있다고 추정한다.
동시에, 새롭게 발견된 2.5-CT는 은하수의 분자 구름과 항성 생성지에서 태양계의 운석과 혜성, 그리고 궁극적으로 지구와 지구 생명체까지 이어지는 연결고리를 제시한다.
참고: Nature Astronomy, 2026; doi: 10.1038/s41550-025-02749-7)
출처: Nature Astronomy, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
네이처 천문학, 막스 플랑크 외계물리학 연구소
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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