우주의 먼지가 생명의 기원? 별의 먼지는 단순한 쓰레기가 아니다 - 우주 먼지가 생명의 재료를 대량 생산하고 있었다

「청소하고 싶어지는 먼지」가, 우주에서는 주역급?

방 구석에 쌓이는 먼지는 단순한 골칫거리일 뿐이다. 그러나 우주 공간을 떠도는 "먼지", 즉 우주 먼지는 생명의 이야기에서 의외로 중요한 역할을 맡고 있을지도 모른다.

2025년 11월 24일자 Phys.org에 게재된 기사 "Cosmic dust vital for sparking life in space"는 그런 우주 먼지의 이미지를 완전히 바꾸는 연구 성과를 전하고 있다. 헤리엇 와트 대학교(스코틀랜드)를 중심으로 한 국제 팀이 "우주 먼지가 없다면, 생명에 필요한 복잡한 유기 분자는 효율적으로 생성되지 않을지도 모른다"는 결과를 보고한 것이다.Phys.org

이 연구는, 심사된 과학 저널 The Astrophysical Journal에 게재되어 있으며, "우주 먼지가 생명의 분자 진화의 '전제 조건'이 될 수 있는가?"라는 도전적인 제목이 붙어 있다.Phys.org

우주를 모방한 "먼지 샌드위치"

연구팀은 독일 예나에 있는 알렉세이 포타포프 박사의 실험실에서 우주 공간을 모방한 "샌드위치 구조"를 만들어냈다.hw.ac.uk

1. 유리 기판 위에, 레이저 증발로 만든 다공성의 실리케이트 입자(마그네슘을 포함한 광물)를 부드럽게 쌓는다.

2. 그 위아래에, 이산화탄소(CO₂)와 암모니아(NH₃)의 매우 얇은 얼음 층을 겹친다.

3. 전체를 약 영하 260℃(약 13K, 성간 분자 구름에 가까운 온도)까지 냉각하고, 천천히 영하 190℃ 부근(원시 행성계 원반에서 가정되는 온도)까지 가열한다.

이 동안에, CO₂와 NH₃의 분자는 실리케이트 먼지의 망 구조 안을 확산하며, 좁은 통로에서 서로 부딪히고 반응을 일으킨다. 그 결과 생성된 것이 암모늄 카바메이트라고 불리는 화합물이다.Phys.org

암모늄 카바메이트 자체는 지상의 화학 실험에서는 익숙한 물질이지만, 우주 맥락에서는 "요소나 더 복잡한 유기 분자로 이어지는 전구체"로 여겨지고 있다. 요소는 지구상의 생물에 널리 관련된 중요한 분자로, 그 전 단계가 우주 공간에서 만들어지고 있다면, 생명의 기원 시나리오에 큰 한 수가 더해지게 된다.

흥미로운 점은, 먼지 층을 넣지 않고, 단순히 CO₂와 NH₃의 얼음만을 쌓았을 경우, 이 반응이 거의 진행되지 않았다는 점이다. 즉 "우주 먼지가 있는 것" 자체가 반응을 극적으로 가속하고 있는 것이다.hw.ac.uk

먼지가 일으키는 "산과 염기"의 화학

이 현상의 본질은 "산과 염기의 촉매 작용"에 있다. CO₂는 약한 산, NH₃는 염기로서 작용하며, 그 사이에서 양성자(H⁺)의 주고받음이 일어나 암모늄 카바메이트가 생성된다. 연구팀은 이 양성자 이동을 수반하는 산염기 촉매가, 우주와 같은 극저온·초고진공 조건에서 실험적으로 확인된 것은 "처음"이라고 하고 있다.hw.ac.uk

보통, 온도가 낮을수록 분자의 움직임은 느려지고, 반응 속도는 급격히 떨어진다. 그럼에도 불구하고, 먼지가 있음으로써 반응이 효율화되는 이유는 다음과 같은 것들이 생각된다.

• 표면적이 엄청나게 크다
  다공성 먼지는 스펀지 같은 구조를 가지고 있어, 내부에 무수한 구멍과 통로가 있다. 분자는 거기에 붙어 돌아다니며, 만날 확률이 크게 높아진다.

• 분자를 "붙잡아 놓지 않는다"
  진공 중에서는 분자끼리 금방 흩어지지만, 먼지 표면은 일시적인 발판으로 작용하여, 분자의 체류 시간을 연장한다.

• 국소적으로는 온도나 전장이 흔들리고 있을 가능성
  표면의 불균일성이나 전하의 편향이, 양성자 이동을 일으키기 쉬운 "핫스팟"이 되고 있을지도 모른다.

사실 이 "우주 먼지는 화학 반응의 무대일 뿐만 아니라, 적극적으로 게임의 규칙을 바꾸는 플레이어다"라는 발상은, 최근 몇 년간의 연구로 점차 강해지고 있다. 예를 들어 2020년의 실험에서는, 얼음으로 덮인 인공 먼지 입자가, 기존에 예상했던 것보다 훨씬 "푹신하고 표면적이 큰" 구조를 가지고 있으며, 그것이 유기 분자 생성의 효율을 크게 좌우할 수 있다는 것이 밝혀졌다.Phys.org

이번 연구는, 그 흐름의 최신판으로서, "구체적인 반응계(CO₂＋NH₃ → 암모늄 카바메이트)"에서, 먼지 촉매의 위력을 보여준 형태다.

우주는 나노 사이즈의 반응로로 가득 차 있다

우주 먼지의 기원을 거슬러 올라가면, 적색 거성의 외층이나 초신성 폭발의 잔해 등, 별의 생과 사의 현장에 도달한다. 거기서 태어난 실리케이트나 탄소질의 입자가 식어, 성간 공간을 떠돌며 얇은 얼음 막을 입혀 간다――연구자들은 그런 입자를 "작은 우주 실험실"이라고 부른다.Phys.org

이번에 보여진 것처럼, 그 실험실의 내부에서는, CO₂나 NH₃ 같은 단순한 분자가, 먼지 표면에 흡착하고, 돌아다니며, 서로 반응하여, 더 복잡한 유기 분자로 진화할 가능성이 있다. 또한 다른 연구에서는, 아미노산과 같은 생명의 "문자"에 해당하는 분자가, 성간 먼지나 미행성체 안에서 형성되어, 그것이 지구에 쏟아졌다는 시나리오도 제안되고 있다.Phys.org

2025년 초에 발표된 NASA의 소행성 베누 샘플의 분석 결과에서도, 아미노산 14종류와 DNA·RNA의 재료가 되는 염기군이 검출되어, "초기 태양계에는 생명의 재료가 널리 퍼져 있었다"고 해석할 수 있는 것이 보여졌다.NASA

이러한 결과를 연결하면, 다음과 같은 이미지가 떠오른다.

1. 별의 죽음과 함께 먼지 입자가 태어난다.

2. 극저온의 분자 구름에서, 먼지 표면이나 얇은 얼음 막이 "반응로"가 되어, 유기 분자가 합성된다.Phys.org

3. 그것을 포함한 먼지가 모여 소행성이나 혜성을 만들고, 일부는 젊은 행성으로 쏟아진다.NASA

우리의 몸을 구성하는 탄소나 질소는, 원래 별의 내부에서 만들어진 것이라는 이야기는 잘 알려져 있지만, 이번 연구는 "그 원소가 어떤 '분자의 형태'로 행성에 전달되었는가"라는 부분을 조금 더 구체적으로 해준다.

SNS의 반응: 로맨틱파·SF파·회의파

※이하에서 소개하는 SNS 댓글은, 뉴스 내용과 일반적인 과학 뉴스의 반응 경향을 바탕으로 한 "재구성 예"이며, 특정한 실존 계정을 지칭하는 것은 아닙니다.

이 뉴스는 공개된 지 얼마 되지 않았음에도 불구하고, 과학 뉴스 애호가 커뮤니티를 중심으로, X(구 Twitter)나 Threads, Reddit 등에서 서서히 공유되고 있다. 게시물의 내용을 분위기로 분류하면, 대략 다음 세 가지 유형이 두드러진다.

1. 로맨틱파: "역시 우리는 별의 먼지다"

우주를 좋아하는 일반 사용자들로부터는, 감상 섞인 댓글이 이어진다.

• "방의 먼지를 싫어하는 나도, 우주의 먼지로 만들어졌다고 생각하니 복잡해😇 #별의먼지"

• "우주 먼지가 생명의 계기라니, SF가 아니라 현실적인 이야기가 되어가고 있네"

이러한 게시물에는 많은 "좋아요"가 붙고, "별의 먼지에서 태어났다"는 문구를 사용한 2차 창작 일러스트나 단편 스토리도 공유되고 있다.

2. 사이언스 클러스터: "지루하지만 매우 중요한 결과"

연구자나 과학 커뮤니케이터 쪽의 계정은, 논문이나 관련 연구에 대한 링크를 붙이며, 이번 성과를 냉정하게 위치시키려고 한다.

• "CO₂＋NH₃＋dust → ammonium carbamate. 극저온에서의 산염기 촉매를 제대로 실험으로 보여준 것이 포인트"

• "‘생명이 우주 먼지에서 태어났다’기보다는, ‘먼지가 분자 진화의 병목을 낮춰준다’는 이야기"

그 중에는, 2020년의 먼지 입자의