r-과정 (Rapid Neutron Capture Process)
한 줄 정의: 극히 높은 중성자 밀도에서 중성자를 연달아 포획해 무거운 원소를 만드는 핵합성 과정입니다.
쉽게 풀면
중성자가 아주 빽빽한 환경에서는 원자핵이 베타붕괴할 틈도 없이 중성자를 연달아 붙잡습니다. 그러면 중성자가 과도하게 많은 불안정한 핵이 잔뜩 만들어지고, 나중에 한꺼번에 붕괴하면서 금, 백금, 우라늄 같은 아주 무거운 원소로 자리 잡습니다. 이것이 r-과정입니다.
왜 중요한가
우주에서 금과 우라늄이 어떻게 생겼는지를 설명하는 과정으로, 오랫동안 무대가 불확실했습니다. 2017년 중성자별합병에서 중력파와 킬로노바가 함께 관측되면서 이 합병이 주요 현장 가운데 하나임이 확인되어, 다중신호 관측이 원소 기원 문제에 답한 대표 사례로 꼽힙니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"금속함량이 매우 낮은 별에서 관측된 유로퓸 과잉은 초기 은하에서 r-과정이 이미 작동했음을 보여 준다."
조금 더 깊게 보면
반응 경로가 안정선에서 멀리 떨어진 중성자 과잉 핵을 지나가기 때문에, 실험으로 측정되지 않은 핵의 질량과 붕괴율에 대한 이론적 외삽이 필요합니다. 중성자 마법수 부근에서 반응이 정체되어 함량 봉우리가 생기며, 이 봉우리의 위치와 높이가 모형 검증의 핵심 지표입니다. 중성자별 합병 외에 특수한 초신성 폭발도 후보 무대로 계속 논의됩니다.
주의할 점
s-과정과 달리 r-과정은 폭발적인 짧은 시간에 진행되며, 만들어지는 함량 봉우리의 위치도 다릅니다. 같은 원소라도 어느 과정에서 왔는지는 동위원소 비율로 구분해야 합니다.