고탄소 행성 실리콘 카바이드, 물과 작용하면 다이아몬드+실리카 전환

다이아몬드와 실리카가 주요 광물인 고탄소 외계행성
[Shim/ASU/Vecteezy 제공/ 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 지구에는 다이아몬드가 0.001%밖에 안 되지만 탄소 성분이 높은 외계행성에는 희귀 다이아몬드가 널려있을 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

미국 애리조나 주립대학에 따르면 이 대학과 시카고대학 공동 연구팀은 '행성과학 저널'(The Planetary Science Journal)을 통해 고탄소 외계행성 중 일부는 조건이 맞는다면 다이아몬드와 실리카(SiO₂)가 주요 광물로 구성돼 있을 수 있다는 논문을 발표했다.

연구팀은 행성이 별(항성)을 만들고 남은 물질로 된 먼지와 가스 구름에서 형성돼 둘의 성분이 비슷한 데, 태양과 달리 산소 대비 탄소 성분이 높은 별 주변에서는 탄소가 풍부한 '카바이드(carbide) 행성'이 만들어지며, 이런 행성에 물이 존재하면 다이아몬드가 많아진다는 가설을 세우고 실험을 했다.

연구팀은 카바이드 행성 내부의 고온·고압 상황을 만들기 위해 논문 공동저자로 참여한 애리조나 주립대학 심상헌(Dan Shim) 부교수 연구실의 고압 '다이아몬드 모루 세포'(diamond-anvil cell)와 아르곤국립연구소의 레이저 가열 장치를 활용했다.

심상헌 부교수 연구실의 '다이아몬드 모루 세포' 고압 장치
[Shim/ASU 제공/ 재판매 및 DB 금지]

실리콘 카바이드를 물에 담근 뒤 다이아몬드 모루 세포 사이에 넣고 압력을 가하고 레이저로 가열해 물과 실리콘 카바이드 간 반응을 X선으로 관찰했다.

그 결과, 예상대로 실리콘 카바이드는 고온, 고압에서 물과 반응해 다이아몬드와 실리카로 전환되는 것이 확인됐다.

태양계 밖 외계행성 탐색이나 연구는 주로 생명체가 살 수 있는 곳에 집중돼 있지만 이번 연구의 대상이 된 탄소가 풍부한 카바이드 행성에서는 생명체 존재에 필요한 것들을 갖고있지 않을 가능성이 높은 것으로 설명됐다.

지구는 생명체 서식 가능 지표의 하나인 지질 활동이 활발하지만 고탄소 행성에서는 지질 활동이 활발히 진행되기에는 너무 딱딱하며 이로 인해 대기 성분이 생명체가 살 수 없게 됐을 수 있다는 것이다.

대기는 숨을 쉴 수 있는 공기를 제공하고 우주의 혹독한 환경으로부터 보호막 역할을 하며 액체 상태의 물이 존재할 수 있게 해주는 등 생명체가 존재하는 꼭 필요한 조건이다.

고탄소 행성이 물과 작용해 다이아몬드가 행성으로 바뀌는 과정
[Harrison/ASU 제공/ 재판매 및 DB 금지]

논문 제1저자인 지구·우주탐사학과 대학원생 해리슨 앨런-셔터는 "생명체 서식 가능성 여부와 관계없이 이번 연구 결과는 외계행성의 특성을 파악하고 이해를 넓히는데 진전을 가져왔다"면서 "우리가 더 많은 것을 알수록 차세대 제임스 웹 우주망원경이나 낸시 그레이스 로먼 우주망원경 등이 가동돼 새로운 관측자료가 나왔을 때 더 정확하게 해석해 태양계 밖 외부세계를 이해할 수 있을 것"이라고 했다. 

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