우주에서 발견된 황 함유 고리형 탄화수소 — 생명의 재료는 별들 사이에서 이미 만들어지고 있었다
13개의 원자. 6원자 고리 구조. 그리고 황. 지구에서 27,000광년 떨어진 성간 분자운에서 발견된 이 분자가, 생명의 출발점에 관한 오래된 질문을 다시 쓰고 있다.
생명이란 게 대체 어디서 시작됐을까. 인류가 자기 자신을 의식하기 시작한 순간부터 따라붙어 온 질문이다. 그동안 우리는 지구 위에서만 답을 찾으려 했다. 화산, 바다, 번개. 하지만 어쩌면 처음부터 방향이 틀렸을 수도 있다는 생각, 해본 적 있나?
2026년 1월, 막스 플랑크 외계물리연구소(MPE)와 스페인 우주생물학 연구소(CAB)의 연구팀은 뜻밖의 발표를 내놓았다. 지금까지 우주에서 발견된 황(黃, sulfur) 함유 분자 중 단연 가장 큰 물질 — 2,5-사이클로헥사다이엔-1-싸이온(2,5-cyclohexadien-1-thione), 줄여서 티에핀(thiepine) — 이 은하 중심부 분자운에서 검출됐다는 것이다 [1, 2].
숫자만으로는 그 의미가 잘 전달되지 않는다. 성간 공간은 원자 몇 개짜리 단순 분자들조차 버티기 어려운 극한 환경이다. 그 공간에서 6원자 고리 구조를 가진 13개짜리 분자가 발견됐다는 건, 우주의 화학적 복잡성이 우리가 상정했던 것보다 훨씬 이르게 — 그리고 훨씬 풍부하게 — 전개되고 있다는 뜻이다.
성간 공간은 왜 '화학 공장'이 될 수 있나 — 우주의 조건을 다시 생각하다
예전 과학계의 통념은 정반대였다. 우주, 특히 별들 사이의 공간인 성간 매질(ISM, Interstellar Medium)은 너무 춥고, 너무 희박하고, 자외선과 우주선이 쏟아지는 극한 환경이라 분자 같은 건 버티기조차 어렵다고 여겼다. 간단한 2원자 분자라면 모를까, 복잡한 유기물이라니.
근데 그 생각이 틀렸다.
ISM은 균일하지 않다. 확산 구름(diffuse cloud)이 있는가 하면, 훨씬 밀도 높은 분자운(molecular cloud)도 있다. 확산 구름은 입자 밀도가 낮고(cm³당 100~1,000개 수준), 온도도 수백 켈빈에 달해 빛이 잘 투과되며 분자들이 쉽게 분해된다 [3]. 그런데 분자운은 다르다. 먼지 알갱이들이 일종의 방패 역할을 해서, 파괴적인 자외선으로부터 분자들을 보호한다.
분자운이 조금씩 밀도를 높이면서 별이 형성되는 과정 — 이 순환적 진화 속에서 화학적 복잡성도 함께 증가한다 [4]. 포름알데히드(formaldehyde)나 일산화탄소(CO) 같은 분자들이 처음 발견됐을 때도 놀라움을 줬지만, 이제는 300종이 넘는 분자들이 우주에서 확인됐다 [5].
단순한 분자들이 결합해 복잡한 구조를 만드는 '상향식(bottom-up)' 경로와, 큰 분자가 부서지면서 작은 조각들을 만드는 '하향식(top-down)' 메커니즘 — 이 두 가지가 맞물려 돌아가면서 성간 화학은 예상보다 훨씬 풍부해진다 [3, 4].
티에핀 발견 — 어떻게 우주 속 분자를 '잡아냈나'
이번 발견의 무대는 G+0.693–0.027이라는 이름의 분자운이다. 지구에서 약 27,000광년 떨어진, 우리 은하 중심부 근처에 위치한 이 구름은 이미 우주화학자들에게 꽤 알려진 '아스트로화학의 노다지'였다 [6]. 지난 5년간 이 분자운 하나에서만 18종의 새로운 분자가 검출됐으니까.
연구팀의 탐지 과정은 세 단계로 나뉜다.
첫째, 실험실에서 분자를 직접 합성한다. 연구팀은 싸이오페놀(thiophenol, C₆H₅SH) — 황을 함유한 액체 탄화수소 — 에 1,000볼트의 전기 방전을 가해 티에핀을 만들었다. 그리고 자체 제작한 정밀 분광기로 이 분자가 방출하는 전파 주파수 스펙트럼을 측정해 고유한 '분자 지문'을 확보했다 [9].
둘째, 전파망원경으로 하늘을 겨냥한다. 스페인에 있는 IRAM 30미터 망원경과 Yebes 40미터 망원경으로 G+0.693–0.027을 관측해, 실험실 스펙트럼과 비교했다.
셋째, 두 스펙트럼이 일치했다.
이 방식은 성간 분자 탐지의 표준 절차다. 전파망원경은 분자들이 방출하거나 흡수하는 밀리미터~서브밀리미터 파장대의 전자기파를 잡아낸다. 분자마다 고유한 회전 스펙트럼이 있어서, 마치 바코드처럼 동정이 가능하다 [1]. 쾰른 분자 분광학 데이터베이스(CDMS)나 제트추진연구소(JPL) 카탈로그 같은 방대한 스펙트럼 데이터베이스들이 이 과정을 뒷받침한다 [4].
ALMA(아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열)처럼 복수의 안테나를 갖춘 시설은 공간 분해능까지 제공해, 분자가 정확히 어디에 있는지를 밝히는 데 활용된다 [1, 4].
이번 발견이 특별한 건 단순히 새로운 분자 하나를 목록에 추가한 게 아니기 때문이다.
그림 1. 성간 황함유 고리형 탄화수소 검출을 위한 실험실 및 관측 통합 분석 체계 구축. 실험실에서의 고순도 분자 합성 및 THz/F-IR 분광법을 통한 표준 스펙트럼 생성이 선행되어야 하며 , 이를 IRAM 30m 및 Yebes 40m, ALMA와 같은 고정밀 지상 관측 시설로 수집한 은하 중심 분자운 G+0.693-0.027의 데이터와 교차 비교한다. 쾰른(Cologne) 및 JPL 분광 데이터베이스와의 통합 해석을 통해 성간 공간 내 최대 규모의 황 함유 화합물인 2,5-사이클로헥사디엔-1-티온(티에핀)의 존재를 최종 식별하며, 이는 우주 환경에서의 전구체 분자 형성 기전과 생명의 기원 연구에 중요한 학술적 근거를 제공한다.
발견의 의미 — 왜 황 함유 분자가 이렇게 중요한가
황(sulfur)은 지구 생명에서 핵심적인 역할을 한다. 아미노산, 단백질, 효소 — 이것들의 구조와 기능에 황은 빠질 수 없다 [5].
그런데 오래도록 설명되지 않는 불일치가 있었다. 우주에서 10번째로 풍부한 원소인 황이 왜 성간 분자로는 그토록 드물게 관측됐을까? 차가운 분자운에서 검출되는 황의 양은 예상치의 1% 미만에 불과하다 — 우주화학자들 사이에서 오랫동안 '황의 실종(sulfur depletion)' 문제라 불려온 수수께끼다 [5].
기존에 발견된 황 함유 분자들은 대부분 6개 이하의 원자로 구성된 소형 분자들뿐이었다. 반면 혜성이나 운석에서는 훨씬 복잡한 황 함유 유기물들이 발견됐다. 성간 공간과 태양계 소천체들 사이에는 설명되지 않는 화학적 간극이 있었던 셈이다 [2].
티에핀(C₆H₆S)의 발견은 그 공백을 처음으로 채운다. 이 분자는 운석 샘플에서 발견된 물질과 구조적으로 연관되어 있고, 생화학적 반응으로도 생성된다 [9]. 즉, 우주의 분자 → 운석 → 초기 지구라는 공급 경로가 처음으로 화학적으로 연결되기 시작한 것이다 [2].
수석 저자 Mitsunori Araki 박사는 이 발견을 이렇게 표현했다: "이것은 성간 공간에서 복잡한 고리형 황 함유 분자가 명확하게 검출된 첫 번째 사례이자, 우주와 생명의 재료 사이의 화학적 연결을 이해하는 결정적인 발걸음이다" [9].
황의 역할은 여기서 그치지 않는다. CU 볼더 연구팀의 최근 실험에 따르면, 초기 지구의 대기 자체가 생명 출현 이전에 이미 황 함유 유기물을 생산하고 있었을 수 있다고 한다 [8]. 기존의 '황 화합물은 생명이 만들어낸 것'이라는 통념을 정면으로 뒤흔드는 결과다.
전파천문학의 진화 — 관측 기술이 발견을 가능하게 했다
이런 성과들이 최근 쏟아지는 건 우연이 아니다. 관측 기술 자체가 비약적으로 발전했기 때문이다.
특히 테라헤르츠(THz)/원적외선(F-IR) 영역 분광법은 먼지에 가려진 분자운 내부를 들여다볼 수 있어 복잡한 분자 구조 파악에 탁월하다 [1]. 기체 상태의 분자들은 이 파장대에서 특유의 회전 스펙트럼을 방출하는데, 분자마다 가진 고유 주파수가 마치 지문처럼 동정을 가능하게 한다.
지상 망원경 외에도, 미국 그린뱅크 망원경(GBT)을 활용한 GOTHAM 및 ARKHAM 프로젝트 같은 대형 관측 프로그램들이 TMC-1 같은 차갑고 어두운 분자운에서 방향족 분자와 폴리방향족 탄화수소(PAH) 분자들을 속속 찾아내고 있다 [10].
한 가지 기술적 공백이 있다. 원적외선 대역에서 고해상도 우주 관측이 부족하다는 것이다. SPICA(우주 적외선 망원경) 계획이 취소된 이후, 이 파장대를 담당할 우주 시설은 사실상 없다 [1]. 연구자들은 이 영역을 커버할 새 우주 망원경의 필요성을 계속해서 강조하고 있다.
기계학습과 양자화학 계산을 결합한 최근의 접근도 눈에 띈다. Ji 등의 연구팀은 알려진 성간 분자들의 153,000가지 이상 반응 조합을 스크리닝해 반응 에너지 장벽이 낮은 후보 분자 24종을 선별했고, 그중 5종은 이미 우주에서 확인된 분자였다 [11]. 이런 예측 모델들이 앞으로 관측의 방향을 효율적으로 안내할 수 있다.
생명 이전 화학 — 우주에서 만들어진 생명의 재료들
티에핀 발견이 던지는 더 큰 질문은 이거다: 우주에서 만들어진 분자들이 어떻게 지구 생명의 기원에 기여했을까?
운석과 혜성은 수십억 년 전 초기 지구에 유기물을 공급했을 가능성이 높다 [2, 9]. 문제는 그 유기물들이 혹독한 우주 환경 — 자외선 복사, 우주선 폭격 — 을 어떻게 견뎌냈냐는 것이다.
황을 포함한 유기 화합물이 이온 충격을 받을 때 어떻게 반응하는지를 다룬 연구에 따르면, 분자마다 생존 가능성이 크게 다르며 황의 존재가 선택적인 안정성을 부여할 수 있다 [7]. 그리고 더 근본적인 수준에서, 하와이대 연구팀의 실험은 성간 분자운의 조건을 모사한 환경에서 크렙스 회로(구연산 회로, Krebs Cycle) — 생체 에너지 대사의 핵심 경로 — 중간체 유기산 전체 세트가 수백만 년 안에 자발적으로 형성될 수 있음을 보여줬다 [6].
생명의 에너지 회로가 생명 자체보다 먼저 우주에서 준비되고 있었다는 이야기다.
Discussion
하나의 원소를 따라가다 보면 우주의 시작부터 생명의 탐색까지 하나의 선이 이어진다. 티에핀 발견이 그 선 위의 새로운 점이라면, 이 점이 어떻게 나머지 점들과 연결되는지를 살펴볼 만하다.
황의 은닉 문제, 드디어 실마리가 보이는가
티에핀 발견이 직접적으로 주목받는 이유 중 하나는 '황의 실종' 문제에 새로운 단서를 제공하기 때문이다. 2025년 하와이대 연구팀의 실험이 이 퍼즐의 또 다른 조각을 내놓았다. H₂S가 우주 얼음 위에서 우주선 조사를 받아 폴리설판(H₂Sₙ)과 고리형 S₈으로 변환되어 먼지 입자에 묻힌다는 것이다 [12]. '실종'이 아니라 은닉이었다. 이 결과가 소행성 류구에서 실제로 S₈이 검출된 데이터와 맞아떨어진다는 점이 예사롭지 않다 — 성간 먼지에서 소행성으로, 그리고 지구로 이어지는 황의 물질적 계보가 처음으로 실험적으로 연결된 셈이다. 티에핀의 발견 역시 같은 맥락에서 읽힌다. 먼지 속에 잠겨 있던 황 화합물들이 분자운이 별 형성 지역으로 진화하면서 기화되고, 더 복잡한 고리형 구조로 재결합하는 과정의 산물일 수 있다 [9].
황은 재료를 넘어 생명의 첫 번째 에너지원이었을까
그런데 황의 역할이 단지 '재료 공급'에 그칠까. 2025년 UCL 연구팀이 Nature에 발표한 실험은 그보다 훨씬 급진적인 가능성을 열어놓는다. 황을 포함한 고에너지 화합물 싸이오에스터(thioester)가 물속에서 아미노산을 RNA에 직접 결합시킨다는 것 — 효소 없이, 온화한 조건에서 [13]. 이 발견은 오랫동안 경쟁해온 두 가설, RNA 월드(RNA World)와 싸이오에스터 월드(Thioester World)를 처음으로 실험적으로 통합한다. 황은 그냥 생명의 구성 재료가 아니라, 생명의 첫 번째 화학 반응을 구동한 에너지원이었을 수 있다는 이야기다.
외계 행성의 하늘에서 황을 찾는다면
황이 지구 생명의 기원과 연결된다면, 외계 생명을 찾을 때도 황이 열쇠가 돼야 하지 않을까. JWST는 2025년 외계 행성 K2-18b의 대기에서 황 함유 분자 DMS(다이메틸 설파이드)와 DMDS의 화학적 흔적을 포착했다 [14]. 지구에서 DMS는 해양 식물성 플랑크톤이 만드는 물질이다 — 즉 생명 활동의 산물. 당연히 세계가 들썩였다. 그런데 문제가 있다. 통계적 유의성이 3시그마에 머물렀고, 다른 황 기체들이 비슷한 스펙트럼 특성을 공유한다는 점에서 해석이 엇갈렸다 [15]. 독립적인 재분석들이 엇갈린 결론을 내놓으면서, 이 탐지는 아직 '후보' 단계에 머물고 있다.
이게 단순히 K2-18b 하나의 문제가 아니다. Seager 등이 PNAS에 발표한 JWST 시대의 바이오시그니처 탐지 전망 리뷰는 불편한 현실을 직시한다 [15]: 결정적인 '은총알' 바이오시그니처 가스란 없다. JWST의 데이터는 획기적이지만, 같은 데이터를 놓고도 해석이 갈릴 수 있다. 황 화합물은 생명이 만들 수도 있고, 광화학 반응이나 지질 과정으로도 생길 수 있다 — 지구 바깥 행성에서 이 둘을 구분하는 건 현재 기술로는 여전히 어렵다.
결국 이 모든 발견들이 만들어내는 그림은 복잡하지만 방향성이 있다. 성간 분자운에서 황이 은닉되고 → 복잡한 고리형 분자로 진화하고 → 혜성과 운석을 통해 초기 지구에 공급되고 → 싸이오에스터 형태로 생명의 첫 반응을 구동했을 수 있고 → 그리고 외계 행성 대기에서 생명의 흔적으로 탐지되길 기다리고 있다 [16].
다음 번에 우주에서 황을 함유한 분자가 또 발견된다면 — 그리고 그럴 가능성은 이제 전보다 훨씬 높아졌다 — 우리는 그 분자를 어떻게 읽어낼 것인가. 그 질문에 답하는 것이 지금 이 분야에 주어진 과제다.
그림 2. 성간 분자 구름 내 복합 유기 황 화합물 검출 및 초기 행성계로의 전달 경로. 성간 분자 구름 G+0.693-0.027에서 육원자 고리 화합물인 티에핀(Thiepine)이 식별됨으로써 심우주 진공 환경에서의 화학적 복잡성이 입증되었다. 밀집된 분자 구름의 먼지 입자는 강력한 성간 복사로부터 이러한 복합 분자들을 보호하며, 이후 혜성 및 운석 충돌을 통해 초기 행성에 전달되어 생명체 대사 과정에 필수적인 유기 분자의 형성과 안정성에 결정적인 역할을 수행한다.
References
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[2] Williams, M. (2026, February 3). It's Official: Astronomers Detect Complex Sulfur Molecule in Interstellar Space. ScienceAlert. https://www.sciencealert.com/its-official-astronomers-detect-complex-sulfur-molecule-in-interstellar-space
[3] Araki, M., Sanz-Novo, M., Endres, C. P., Caselli, P., Rivilla, V. M., Jiménez-Serra, I., et al. (2026). A detection of sulfur-bearing cyclic hydrocarbons in the interstellar medium. Nature Astronomy. (원문 요약: Soquet, S., LinkedIn, 2026)
[4] Guélin, M., & Cernicharo, J. (2022). Organic Molecules in Interstellar Space: Latest Advances. Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 9, 787567. https://doi.org/10.3389/fspas.2022.787567
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[6] Gough, E. (2025, April 24). Prebiotic Molecules are Forming in Space. Universe Today. https://www.universetoday.com/articles/prebiotic-molecules-are-forming-in-space
[7] Bacchus-Montabonel, M.-C. (2019). Role of sulfur in proton-induced collisions of RNA prebiotic precursors. Physical Chemistry Chemical Physics, 21(3), 1428–1434. https://doi.org/10.1039/c8cp07204c
[8] Ye, Y. (2025, December 1). A new possibility for life: Study suggests ancient skies rained down ingredients. CU Boulder Today. https://www.colorado.edu/today/2025/12/01/new-possibility-life-study-suggests-ancient-skies-rained-down-ingredients
[9] Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. (2026, January 29). New insights into the origins of the chemistry of life. MPE Press Release. https://www.mpe.mpg.de/8130016/news20260129
[10] McGuire, B. A., & GOTHAM collaboration. (2021, March 18). Scientists Uncover Warehouse-Full of Complex Molecules Never Before Seen in Space. Green Bank Observatory. https://greenbankobservatory.org/news/scientists-uncover-warehouse-full-of-complex-molecules-never-before-seen-in-space/
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[12] Herath, A., McAnally, M., Turner, A. M., Wang, J., Marks, J. H., Fortenberry, R. C., Garcia-Alvarez, J. C., Gozem, S., & Kaiser, R. I. (2025). Missing interstellar sulfur in inventories of polysulfanes and molecular octasulfur crowns. Nature Communications, 16, 5571. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61259-2
[13] Singh, J., Thoma, B., Whitaker, D., Satterly Webley, M., Yao, Y., & Powner, M. W. (2025). Thioester-mediated RNA aminoacylation and peptidyl-RNA synthesis in water. Nature, 644(8078), 933–944. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09388-y
[14] Madhusudhan, N., et al. (2025). New Constraints on DMS and DMDS in the Atmosphere of K2-18b from JWST MIRI. The Astrophysical Journal Letters. https://doi.org/10.3847/2041-8213/adc1c8
[15] Petkowski, J. J., et al. (2025). Prospects for detecting signs of life on exoplanets in the JWST era. Proceedings of the National Academy of Sciences, 122(39), e2416188122. https://doi.org/10.1073/pnas.2416188122
[16] Rivilla, V. M. (2024, May 7). The Pathway to Prebiotic Chemistry: molecular precursors from space [Seminar]. European Astrobiology Institute. https://europeanastrobiology.eu/2024/05/07/seminar-the-pathway-to-prebiotic-chemistry-molecular-precursors-from-space/
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