우주에서 가장 기본적이고 대량으로 존재하는 수소 분자는 별의 형성, 우주에서의 물질 진화에 중요한 역할을 하지만, 그 생성 과정 자체는 오랜 세월 동안 밝혀지지 않았다. 홋카이도 대학 저온 과학 연구소에서는 극저온의 암흑 성운에 부유하는 얼음 미립자 상에서 수소 분자가 생성하는 과정을 실험으로 재현 해 그 생성 효율은 10K(－263℃)라는 극저온에서도 충분히 가능하다는 것을 처음으로 확인했다. 우주에 존재하는 분자의 약 90%를 차지하는 수소 분자(H2)는 원래 2개의 수소원자(H)가 결합 반응을 일으켜 생성된다.그런데, 우주의 진공중(기상)에서 2개의 수소원자(H)가 결합되는 반응은 매우 일어나기 어려워 우주에 존재하는 티끌(성간진) 표면에서 H원자 같은 종류가 결합하는 반응이 필요하다고 여겨졌다. H2분자는 우주 공간의 암흑 성운으로 불리는 저온 영역(10K)에 가장 많이 존재 하기 때문에 거기에 부유하는 얼음 성간진 상에서의 H2 생성 과정을 해명하는 연구가 요구되어 왔다. 지금까지 많은 실험이 시도되어 왔지만, 모두 H2 분자 생성 과정의 일부를 연구하는 데만 머물고 있으며, 그 결과도 연구 그룹에 따라 많은 차이가 났다. 또, 그러한 극저온에서 효율적으로 생성 반응을 일어날 수 있는가 하는 의문도 남아 있었다. 저온 과학 연구소에서는 극저온의 암흑 성운을 재현할 수 있는 초고진공 실험장치를 개발, 그 안에서 유사 얼음 성간진 표면(아몰퍼스 얼음 표면)을 만들었다. 아몰퍼스(amorphous) 얼음 표면에 저온으로 냉각한 극미량의 H원자를 조사해, H원자의 표면 흡착으로부터 H2 분자 생성까지의 모든 거동을 레이저를 이용한 공명 다광 양자이온화법에 의해 모니터링 했다. 그 결과, H원자의 일부는 얼음 표면에 트랩되는 한편, 많은 H원자는 10K의 극저온에도 불구하고 표면을 돌아다니며 다른 H원자와 결합해 H2분자를 생성하는 것을 확인했다. H2의 생성 효율은 우주의 암흑 성운에 존재 하는 H2 분자의 양을 설명하는데 충분한 것이었다. 기존의 연구는 모두 H원자로부터 생성한 H2분자만을 관찰하는 방법으로 진행이 되었는데, 그 방법으로는 실험 결과가 일치하지 않고, H2생성 효율의 도출을 방해하고 있었다. 이번 연구에서는 지금까지는 행해지지 않았던 실험 방법을 이용함으로써 H2생성에 이르는 이론과 그 생성 효율을 도출하는 것에 성공했다. 얼음 성간진 상에서는 수소 분자 뿐만 아니라 유기 분자를 포함한 많은 분자가 수소원자와의 반응으로 생성하고 있다. 이번 연구에서 얻을 수 있었던 데이터를 이용해 그러한 분자의 생성 효율을 보다 정확하게 추측하는 것이 가능하게 된다. 지금까지 저온 과학 연구소에서 얻을 수 있었던 연구 성과와 조합해 우주에서의 분자 진화가 보다 상세하게 확인될 수 있을 전망이다.

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