운석 나이, 빛으로 잰다…日 연구팀 새 분석틀 개발

일본 연구진이 빛을 이용해 물질의 성분을 파악하는 라만 분광법의 정밀도를 높일 새로운 이론적 틀을 개발했다.

일본 규슈대학교의 아라카와 마사시 부교수 연구팀은 9일(현지시간) 국제학술지 '물리화학 저널 C'에 감람석(Mg2SiO4) 내 산소 동위원소가 라만 분광법 결과에 미치는 영향을 분석하고 이를 해석할 이론을 제시했다고 밝혔다.

라만 분광법은 물질에 빛을 쪼여 방출되거나 산란하는 빛을 분석해 구성 원자를 파악하는 기술이다. 특히 운석처럼 희귀하고 작은 물질을 파괴하지 않고도 동위원소를 검출할 수 있어 유용하다.

동위원소는 물질의 기원이나 나이를 알아내는 데 중요한 단서가 된다. 하지만 자연 상태의 물질은 동위원소 농도가 낮고 불규칙하게 분포해 있어, 라만 분광법 분석 결과를 정확히 해석할 이론적 기반이 부족했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 동위원소가 라만 분광법에 미치는 주요 원리 4가지를 규명했다. 먼저, 질량이 큰 동위원소는 진동 주파수를 낮은 쪽으로 이동시키는 것으로 나타났다.

또한 동위원소의 존재는 물질의 대칭성을 낮춰 기존에는 보이지 않던 진동을 활성화했다. 동위원소의 위치에 따라서는 스펙트럼의 특정 신호(피크)가 갈라지는 현상도 확인됐다.

마지막으로 동위원소의 불규칙한 분포는 신호의 폭을 넓히는 결과를 낳았다.

아라카와 부교수는 "이번 연구 결과는 복잡한 고체 물질의 진동 분광법에 대한 이해를 높일 것"이라며 "운석이나 외계 물질의 기원과 구성을 밝히는 데 도움이 되기를 바란다"고 밝혔다.