금은 어디에서 생겼을까: 장신구에서 우주로

장신구의 금은 익숙하지만 처음 어떻게 생겼는지는 별개의 질문입니다. 그 기원을 따라가면 화학에서 지구 밖의 사건으로 이야기가 이어집니다.

고대 연금술사들은 돌을 황금으로 바꾸는 꿈을 꾸었지만, 실패할 운명이었습니다. 그들은 잔인한 물리학적 사실을 몰랐기 때문입니다: 지구상의 어떤 화학 반응도 황금을 만들 수 없습니다.

우리 머리 위의 거대한 태양조차도 불가능합니다.

태양은 거대한 핵융합 반응로입니다. 매일 수소(Hydrogen) 를 헬륨(Helium) 으로 쥐어짜며 빛과 열을 방출합니다. 하지만 태양은 너무 '차갑습니다'. 그 중심 온도는 탄소 나 산소 같은 가벼운 원소만 만들 수 있을 뿐입니다. 무거운 금 원자(원자 번호 79)를 만들기에는 턱없이 부족합니다.

우주의 법칙에서, 오직 죽음 만이 더 위대한 것을 창조할 수 있습니다.

태양보다 수십 배 더 큰 거대한 별들은 더 강력한 힘을 가지고 있습니다. 마치 미친 장인처럼, 그들은 원소를 층층이 융합하여 점점 더 무겁게 만듭니다: 수소 ➔ 헬륨 ➔ 탄소 ➔ 네온 ➔ 산소 ➔ 규소......

어느 날, 그들은 철(Iron) 을 만들어냅니다.

철은 별의 저주입니다. 그것은 우주에서 가장 안정적인 원소입니다. 철을 융합하면 더 이상 에너지가 생성되지 않고, 오히려 에너지를 삼켜버립니다. 별의 심장이 철로 가득 차면, 핵융합의 불꽃은 순식간에 꺼집니다. 별은 '죽습니다'.

중력에 의해 붕괴되지만, 최후의 초신성 폭발에서조차 많은 양의 금을 만들기는 어렵습니다.

그렇다면, 황금은 도대체 어디서 오는 걸까요? 답은 두 죽은 별 사이에 숨겨져 있습니다.

두 개의 거대한 별이 죽으면, 그들은 중성자별 이 될 수 있습니다. 이 별들은 끔찍할 정도로 밀도가 높아서, 각설탕 하나 크기가 10억 톤이나 나갑니다.

이 두 외로운 죽은 별이 중력에 이끌려 만나면, 치명적인 왈츠가 시작됩니다. 회전하고, 가까워지고, 점점 빨라지다가, 마침내——충돌합니다.

이것은 '킬로노바(Kilonova)' 라고 불리는 우주적 충돌입니다. [Image of neutron star collision kilonova]

그 순간, 극한의 온도와 중성자 흐름이 'r-과정(고속 중성자 포획 과정)' 을 유발합니다. 철 원자는 폭력적으로 중성자를 주입받아 순식간에 '살이 쪄서' 금(Gold) 이나 백금(Platinum) 같은 중금속으로 변합니다.

이것은 재앙이 아니라, 거대한 파종입니다. 이 폭발은 지구 질량의 수백 배에 달하는 황금을 깊은 우주로 흩뿌립니다.

금이 생길 수 있는 과정을 안다고 특정 반지의 경로까지 아는 것은 아닙니다. 천문학적 과정과 시료의 이력을 나눕니다.