탄소 원자 60개가 축구공 모양으로 뭉쳐있는 탄소 분자 '풀러렌(fullerene·C60)'은 분자 물리학에서 최고의 대칭성을 가진 안정된 분자로 알려져 있다. 이 탄소 분자를 발견해 1996년 노벨화학상을 받은 영국 과학자 해럴드 크로토 박사는 C60이 높은 안정성을 가져 우주에 널리 퍼져있을 것이라고 했다.
그의 예측대로 지난 수십년간 C60은 많은 성간구름에서 포착됐다.
크로토 박사는 또 C60보다는 이 분자의 양성화한 버전인 C60H+가 더 많이 있을 것으로 예견했지만 입증되지 않아 가설에 머물러 왔다. 하지만 네덜란드 네이메헌 라드바우드대학에 따르면 이 대학 분자 구조·역학 교수인 오스 오멘스 박사가 이끄는 연구팀은 C60H+의 흡수 스펙트럼을 처음으로 측정해 크로토 박사의 가설이 옳았다는 점을 입증했다고 과학 저널 '네이처 천문학(Nature Astronomy)'에 발표했다.
연구팀은 우주의 성간구름에서 방출되는 적외선 스펙트럼을 실험실에서 양성화한 C60의 적외선 스펙트럼과 비교해 거의 일치하는 결과를 얻어냈다.
성간구름은 별과 행성이 탄생한 곳으로 화학적 구성 성분을 많이 알면 알수록 지구의 탄생에 관해 더 많은 것을 파악할 수 있어 중요한 연구분야가 돼왔다. C60은 지금까지 성간구름에서 확인된 분자 중 가장 복잡한 것 중의 하나로 분류된다.
양성화한 C60은 원래의 축구공 구조에 양성자가 뿔처럼 더 붙은 것으로 양성화하는 순간 완벽한 대칭성은 무너진다.
연구팀은 C60H+가 정상 C60보다 훨씬 더 많은 색을 흡수해 비록 적외선 스펙트럼 결과이지만 C60H+의 색깔이 C60과 비교해 큰 차이가 있다고 했다. 과학자들이 양성화한 C60H+의 흡수 스펙트럼을 성공적으로 측정한 것은 이번이 처음이다.
분자가 갖는 전하로 인해 서로 밀어내 흡수 스펙트럼을 얻을 정도로 충분한 밀도를 얻는 것이 어려웠기 때문이다.
연구팀은 이런 장애를 우회하기 위해 라드바우드대학 펠릭스(FELIX)연구소의 자유전자 레이저와 질량분석계를 결합해 C60H+를 붕괴시킨 뒤 조각화된 이온을 측정했다고 설명했다.
레이저로 흑연을 증기 상태로 만들다가 발견한 C60 분자는 몬트리올 세계박람회에 축구공과 비슷한 건축물을 선보인 건축가의 이름을 따 버크민스터풀러렌(Buckminsterfullerene) 또는 버키볼(buckyball)로도 불리며 다양한 분야에서 주목받고 있다.
오멘스 교수는 C60 분자는 측정될 수 있는 속성은 거의 다 측정됐지만, 여기에 우주를 채우고 있는 양성화된 C60의 흡수 스펙스트럼이 새로 추가됐다고 이번 연구의 의미를 부여했다. 그러면서 "이를 통해 C60H+가 성간구름에 풍부하게 존재할 수 있다는 점을 보여줬으며, 분자 물리학에서 대칭성의 역할에 대한 교과서적 사례도 입증했다"고 덧붙였다.