세상에서 가장 컸던 상어 메가로돈이 지구에서 150 광년 떨어진 곳에서 발생한 초신성 폭발 때문이었을지도 모른다는 연구가 <Astrobiology>에 게재됐습니다. 이빨 하나가 수박 만 하고 턱 힘은 티라노사우르스 만큼 강력한 거대 상어 메가로돈이, 우주에서 발생한 사건의 피해자라니 대체 무슨 말일까요.

메가로돈은 약 1,600만년 전부터 160만년 전까지 지구에 살았던 것으로 추정됩니다. (더읽기 : 실존' 메가로돈, 멸종한 건 맞을까? )메가로돈의 멸종은 지질시대로 따져본다면 플라이오세(Pliocene)과 플라이스토세(Pleistocene) 경계로 추정됩니다.

그런데 플라이오세에 멸종한 것은 메가로돈만은 아니었습니다. 플라이오세에는 메가로돈을 포함한 해양 생물의 36%가 사라진 대멸종이 있었는데요. 새로운 연구에 따르면 이때 발생한 대멸종이 바로 지구로부터 150 광년 떨어진 곳에서 발생한 초신성 폭발 때문이라는 겁니다.

사실, 이전 연구에서 메가로돈이 멸종한 이유는 빙하기가 시작되면서 해양 생태계가 변했고, 먹이가 부족해져 굶어죽었다고 분석한 바 있었는데요. 이번에 게재된 새로운 연구에 따르면 빙하기 같은 지구의 기후 변화를 야기한 것도 바로 지구를 가격한 우주방사선 때문일 수 있다고 합니다. 물론, 대멸종은 이밖의 여러 요인들이 복합적으로 작용했을 겁니다. 

어떻게 밝혀냈나?

미국 캔자스대학교의 물리학자 Adrian Melott은 15년 동안 이 연구를 진행해왔다고 하는데요. Adrian Melott은 해저에 퇴적되어 있던 방사성 물질인 철 동위원소(⁶⁰Fe)를 이용했습니다. ⁶⁰Fe의 반감기는 약 260만년인데요. 반감기라고 하는 것은 어떤 특정 방사성 핵종의 원자수가 방사성 붕괴로 인해 원래의 절반으로 줄어드는 데 걸리는 시간을 말합니다.

위의 그래프는 반감기가 1,600년인 방사성 원소인 라듐의 붕괴 속도를 나타낸 그림입니다. 이와 같이 ⁶⁰Fe의 반감기 역시 지수적으로 감소하게 되는데요. 아래 표에 제시한 것처럼, 반감기가 1번 진행될 때 마다 물질의 양은 초기 값의 절반이 됩니다. 그러니 반감기가 260만년인 ⁶⁰Fe의 경우, 260만년의 한 번씩 물질값의 절반씩 줄어들었을 겁니다.

이 말은 즉, 지구가 탄생한 45억4천만년 전 지구가 만들어질 당시 함께 형성된 ⁶⁰Fe는 이미 다 붕괴됐다는 말입니다. 반감기를 계산해보면 다 없어졌을 거라는 뜻이죠. 따라서 현재 지구에 존재하고 있는 ⁶⁰Fe는 지구 밖에서 왔음을 의미하는데요. 이 연구에 따르면 바로 초신성 폭발로 인해 만들어졌다는 겁니다.

증거는?

연구팀은 이러한 가설을 국부 거품(local bubble)으로 뒷받침한다고 합니다. 국부 거품이란 뜨겁지만 가스가 거의 없는 지역입니다. 길이는 약 300광년에 걸쳐 있으며, 우리 태양계도 그 안에서 움직이고 있습니다. 이 국부 거품은 과거, 150광년 떨어진 곳에서 터진 초신성 폭발이 모든 가스를 밀어내며 만들어지지 않았을까 추정되는 지역입니다.

이때 우주로 계속해서 가스가 빠져나가기 보다는, 초신성 폭발로 인해 생긴 우주선(cosmic ray)이 거품의 경계에 반사되며, 10만년까지 지속될 수 있는 폭발을 만들어낼 수 있습니다. 일련의 초신성 폭발이 있다면, 이는 훨씬 더 오래 지속될 수 있습니다. 

사실, 초신성 폭발이 대멸종을 유발했다는 생각은 새로운 일이 아니라고 하는데요. 초신성 폭발로 인한 감마선 폭발은 4억5천만년 전 오르도비스기(Ordovician) 대멸종을 일으킨 범인으로 지목된 바 있습니다. 당시 초신성 폭발로 인해 날아온 우주방사선이 지구의 오존층을 날려버리면서 지구상의 생명체는 치명적인 자외선에 노출돼 멸종했을 수 있다는 분석입니다.

그러나 은하계 내에서 감마선 폭발이 일어나는 경우는 드물다고 합니다. Melott와 그의 연구팀에 따르면, 오르도비스기와 플라이오세에 있었던 대멸종 사건을 일으킨 감마선 폭발은 완전히 다른 종류의 메커니즘이라고 합니다. 이때 발생한 감마선 폭발은 우주방사선의 기본입자인 뮤온(muons) 때문이라고 하는데요. 이 입자는 전자와 비슷하지만 훨씬 더 큰 질량과 에너지를 가지고 있다고 합니다.

연구팀에 따르면, 평상시에도 뮤온은 우리를 통과하고 있지만, 무해하다고 합니다. 그러나, 우주선(cosmic ray)이 부딪힐 때 뮤온은 수백배까지 증가될 수 있다고 하는데요. 그 중 일부는 어떤식으로든 반응을 하게 된다고 합니다. 이렇게 될 경우, 뮤온은 그 수가 많고 에너지도 매우 크기 때문에 생물학적 영향을 미친다고 하는데요. 암 발생이나 돌연변이가 발생을 증가시킨다고 합니다.  연구팀은 인간 정도 크기의 생명체일 경우 암 발병률이 50%가량 증가할 것이라고 추정했는데요. 고래와 코끼리처럼 크기가 더 커질수록 방사선량이 증가한다고 합니다. 

한편, 뮤온은 지하 깊숙한 곳까지 관통할 수 있다고 합니다. 따라서 심해에 사는 해양 생물에도 영향을 미쳤을 것이라는 분석입니다. 물론, 깊이가 깊어지면 뮤온의 침투가 더 낮아지긴 하겠지만 영향을 아애 받지 않았던 건 아니라고 합니다. 대멸종 사건은 얕은 해안에 사는 해양생물의 경우 더 치명적이었다고 하는데요. 이에 대해 Melott은 이론상 가정일 뿐이라고 일축하며 이번 연구에서 이 현상을 다루진 않았습니다.

##참고자료##

Melott, Adrian L., Franciole Marinho, and Laura Paulucci. "Hypothesis: Muon Radiation Dose and Marine Megafaunal Extinction at the End-Pliocene Supernova." Astrobiology (2018).

함예솔 다른기사 보기