S/2015 (136472) 1 : 마케마케(Makemake)의 달

 

Credit: NASA, ESA, A. Parker and M. Buie (Southwest Research Institute), W. Grundy (Lowell Observatory), and K. Noll (NASA GSFC)

 

사진 1> 허블우주망원경이 촬영한 이 사진은 난쟁이행성 마케마케(Makemake)의 주변에서 발견된 첫 번째 달의 모습을 보여주고 있다.
사진에서 마케마케 바로 위에 자리잡고 있는 이 작은 달은 마케마케의 대단히 밝은 빛무리에 파묻혀 볼 수 있는 기회가 대단히 드물다.
MK 2라는 이름을 가지고 있는 이 달의 지름은 약 160킬로미터이며 마케마케로부터 20,800 킬로미터 떨어진 궤도를 가지고 있다.
마케마케는 이 달보다 1,300배나 더 밝고 그 지름도 훨씬 큰 1,392 킬로미터이다.

마케마케는 태양~지구거리의 50배나 더 멀리 떨어져 있다.
마케마케와 마케마케의 달은 태양계 외곽, 카이퍼 벨트에 자리잡고 있다.
이 지역은 45억년 전 태양계가 만들어질 당시 남은 꽁꽁얼어붙은 잔해들이 방대하게 퍼져 있는 지역이다.
예전에 마케마케 주위에서 달을 찾으려는 시도가 있었으나 아무것도 발견하지 못했었다.
이 달은 우리의 시선 방향에 수직으로 선 공전궤도를 가지고 있는 것으로 보인다.
따라서 전체 공전 주기 중 일부는 마케마케의 밝은 빛무리에 가려진 이 달을 찾아볼 수 없게 된다.
허블우주망원경에 장착된 WFC3의 고해상도 관측 능력으로 인해 2015년 4월 이 달을 발견해낼 수 있었다.
 

허블우주망원경이 태양계 외곽을 엿보면서 카이퍼 벨트에서 플루토 다음으로 밝은 난쟁이 행성인 마케마케(Makemake)에서 작고 검은 달을 촬영해냈다.

S/2015 (136472) 1 라는 등재명에 MK2라는 별칭을 가지고 있는 이 달은 마케마케보다 1,300배나 더 희미한 천체이다.

MK2는 마케마케로부터 거의 20,800 킬로미터 거리에 위치하며 그 지름은 약 160킬로미터이다.

참고로 마케마케의 폭은 1,392킬로미터이다.

 

2005년에 발견된 이 난쟁이 행성은 이스터 섬 라파 누이 족이 섬기는 창조의 신 이름을 따서 지어졌다.

 

카이퍼 벨트는 45억년 전 우리 태양계가 만들어지고 남은 꽁꽁 얼어붙은 물질들이 대량으로 쌓여 있는 창고이며 여러 난쟁이 행성의 고향이기도 하다.
이 난쟁이 행성들 중 몇몇은 달을 거느리고 있는 것으로 알려져 있는데 이번 발견은 마케마케에서는 처음으로 이루어진 것이다.

 

마케마케는 국제천문연맹 IAU에 의해 현재까지 인정된 다섯 개의 난쟁이 행성 중 하나이다.
이번 마케마케의 달 관측은 2015년 4월 허블우주망원경에 장착된 WFC3에 의해 이루어졌다.

 

날카로운 해상도로 밝은 천체의 바로 옆에 있는 희미한 천체를 구분해 낼 수 있는 허블의 독보적인 관측 능력은 천문학자들로 하여금 마케마케의 빛무리 속에서 이 달을 식별해 낼 수 있도록 도와주었다.
이번 발견은 2016년 4월 26일 미행성체 전자 회람(Minor Planet Electronic Circular, MPEC)에 보고되었다.

 

관측팀은 이번 발견을 위해 2005년과 2011년 및 2012년에 허블우주망원경을 이용하여 플루토의 작은 달들을 찾아내던 때와 동일한 기술을 사용하였다.
예전에 실시된 관측들에서는 마케마케 주위에 달이 없다고 판명된 바 있다.

 

Credit: NASA, ESA, and A. Parker (Southwest Research Institute)

 

그림 1> 이 상상화는 머나먼 난쟁이은하 마케마케와 이번에 새로 발견된 마케마케의 달을 보여주고 있다.
마케마케의 달에는 MK2라는 별칭이 붙어 있으며 마케마케와 MK2는 태양 지구거리의 50배나 멀리 떨어져 있다.
마케마케는 얼어붙은 메탄에 의해 뒤덮인 밝은 표면을 가지고 있으며 복잡한 유기 물질의 존재를 말해주는 붉은 빛을 띠고 있다.

이에 반해 MK2는 너무나 작아서 지각의 얼음을 유지하지 못하고 머나먼 태양에서 오는 열기가 대단히 미약함에도 불구하고 기화를 통해 메탄을 잃고 있다. 

그 결과 MK2는 훨씬 어두운 표면을 가지게 된 것으로 생각된다.
MK 2는 마케마케로부터  20,800 킬로미터 거리에서 공전하고 있으며 그 지름은 약 160킬로미터 정도일 것으로 추정된다.
참고로 마케마케의 지름은 1,392킬로미터이다.

이번 관측 데이터의 분석을 이끈 사우스웨스트우주탐사연구소(the Southwest Research Institute) 알렉스 파커(Alex Parker)의 소감은 다음과 같다.

"우리의 예비 측정치는 이 달이 우리쪽에 거의 수직으로 선 궤도로 돌고 있음을 보여주고 있습니다.
그렇다면 이 달은 마케마케의 반사광 속에서는 전혀 보이지 않을 것이므로 우리가 마케마케를 볼 때 이 달을 발견해내지 못할 확률이 높다는 것을 의미합니다."

 

이번 마케마케 달의 발견은 난쟁이 행성계에 대한 값진 정보를 제공해줄 수 있다.
이 달의 궤도를 측정함으로써, 천문학자들은 이 난쟁이 행성계의 질량을 측정할 수 있을 뿐 아니라 진화양상에 대한 통찰도 얻을 수 있다.

 

달의 발견은 또한 대부분의 난쟁이 행성들이 달을 거느리고 있다는 생각을 좀더 확실하게 만들어준다.

 

파커의 설명은 다음과 같다.
"마케마케는 플루토와 같이 희귀한 유형에 속하는 천체입니다.
따라서 그 주위의 동반 천체를 발견하는 것이 중요하죠.
이 달의 발견은 마케마케에 대해 동반 천체의 존재를 모르고 진행되어 온 그 어떤 연구보다도 훨씬 더 자세한 연구를 할 수 있는 기회를 제공해  주고 있습니다."
 
이번 달의 발견은 플루토와 마케마케간의 유사성을 더 증가시켜주었다.
이 두 천체 모두 그 표면을 얼어붙은 메탄이 뒤덮고 있다는 것은 이미 알려진 사실이다.

 

플루토와 마찬가지로, 이 달에 대한 연구를 통해 마케마케의 밀도가 쉽게 규명될 것이며, 이는 플로토와 마케마케의 주요 구성 성분이 동일한지 여부를 말해주는 핵심 정보가 될 것이다.

 

이번 연구팀의 팀장인 남서연구소 마크 뷰이(Marc Buie)는 이번 발견이 태양계외곽에 존재하는 천체들의 비교행성학이라는 새로운 장르를 열어젖힌 것으로 평가할 수 있다고 말했다.

 

과학자들은 이 달의 공전궤도가 타원형인지 원형인지를 결정하기 위해 허블우주망원경을 이용한 보다 정교한 측정이 필요하게 될 것이다.
예비조사에 따르면 만약 이 달의 공전궤도가 원형일 경우 그 공전주기는 약 12일 상관일 것으로 예측되었다.

 

이 달의 공전궤도가 어떤 형태인지를 결정하는 것은 이 천체의 기원에 대한 질문을 해결하는데 도움을 줄 것이다.

 

만약 MK 2가  자신의 행성인 마케마케에 바짝 다가선 원형 궤도를 돌고 있다면 이는 MK2가 마케마케와 다른 카이퍼벨트 천체간의 충돌에 의해 만들어진 것으로 추정할 수 있는 단서가 된다.
그러나 만약 MK 2가 넓은 타원형 궤도를 돌고 있다면 이 달은 카이퍼 벨트 상의 다른 천체가 마케마케에 포섭되어 형성된 것일 확률이 높다.

어떤 경우든 간에 이러한 일들은 수십억년 전 태양계가 아직 생성된지 얼마 안됐을 때 발생했을 것이다.

 

이번 발견은 마케마케에 대한 수수께끼 하나를 풀 수 있게 해 줄 것으로 보인다.

 

이 난쟁이행성에 대한 이전까지의 적외선 연구는 마케마케의 표면이 전반적으로 밝은 색을 띠고, 온도는 아주 낮음에 반해 어떤 지역은 다른 지역보다 더 따뜻한 상태임을 보여준 바 있다.
천문학자들은 이러한 불일치가 마케마케 표면의 어떤 특정 지역에 검은 지역이 존재하고 이로인해 이쪽에 태양빛이 더 효율적으로 흡수되었기 때문으로 생각하고 있었다.

 

그러나 마케마케가 특정 방향만을 향하고 있지 않으므로, 이러한 일을 만들어내는 어두운 지역은 마케마케가 자전함에 따라 이 난쟁이행성의 밝기를 다양하게 변화시켰을 것이다.
문제는 이러한 밝기 변화가 전혀 관측되지 않았다는 것이다.

 

예전의 적외선 관측 데이터는 마케마케로부터 MK2를 분리해낼만한 충분한 해상도를 가지고 있지 않았다.
이번 허블우주망원경의 관측데이터를 기반으로 한 연구팀의 새로운 관측은 이처럼 비교적 기온이 높은 표면의 상당수가 예전에 적외선으로 관측될 때 사실은 MK2의 표면을 관측한 것으로 생각되고 있다.

 

왜 MK2가 하얀눈처럼 밝은 표면을 가진 난쟁이행성 주위를 돌고 있음에도 이처럼 어두운 표면을 갖게 되었을지에 대한 가설은 여러 개가 있다.
 
그 중 하나는 MK2가 마케마케와 같은 비교적 큰 몸집의 천체와는 달리 표면에 밝은 얼음 지각을 지속적으로 쥐고 있을만한 충분한 중력을 가지지 못했기 때문으로 가정하고 있다.
그래서 밝은 얼음지각이 태양 빛을 받아 모두 기화되어버렸을 것이라고 추정하고 있는 것이다.

 

이러한 가정은 MK 2를 다른 혜성이나 카이퍼 벨트의 천체들과 유사성이 있는 천체로 간주하게 만든다,
왜냐하면 혜성이나 카이퍼 벨트 천체들 역시 매우 어두운 물질을 뒤집어 쓰고 있기 때문이다.

 

1978년 플루토의 달인 카론이 발견되었을 때 천문학자들은 재빨리 플루토 계의 질량을 계산했다.
계산 결과 플루토의 질량은 1930년에 처음으로 예측된 수치보다 수백 배나 적게 나왔다.
이처럼 카론의 발견으로 인해 천문학자들은 플루토가 뭔가 다른 행성들과는 근본적으로 차이가 있다는 사실을 갑작스레 알게 되었다.

 

파커의 소감은 다음과 같다.
"바로 그와 같은 완전히 다른 측정치의 도출이 달의 발견에 의해 가능해지는 것입니다. "

 

Credit: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI)

 

 

출처 : 허블사이트 2016년 4월 26일 발표 뉴스
         http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2016/18        

 

참고 : 마케마케를 비롯한 태양계 작은 천체에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          왜소행성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346957
          소행성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346956
          혜성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346955
          유성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346954

 

원문>

News Release Number: STScI-2016-18

Hubble Discovers Moon Orbiting the Dwarf Planet Makemake

Peering to the outskirts of our solar system, NASA's Hubble Space Telescope has spotted a small, dark moon orbiting Makemake, the second brightest icy dwarf planet — after Pluto — in the Kuiper Belt.

The moon — provisionally designated S/2015 (136472) 1 and nicknamed MK 2 — is more than 1,300 times fainter than Makemake. MK 2 was seen approximately 13,000 miles from the dwarf planet, and its diameter is estimated to be 100 miles across. Makemake is 870 miles wide. The dwarf planet, discovered in 2005, is named for a creation deity of the Rapa Nui people of Easter Island.

The Kuiper Belt is a vast reservoir of leftover frozen material from the construction of our solar system 4.5 billion years ago and home to several dwarf planets. Some of these worlds have known satellites, but this is the first discovery of a companion object to Makemake. Makemake is one of five dwarf planets recognized by the International Astronomical Union.

The observations were made in April 2015 with Hubble's Wide Field Camera 3. Hubble's unique ability to see faint objects near bright ones, together with its sharp resolution, allowed astronomers to pluck out the moon from Makemake's glare. The discovery was announced today in a Minor Planet Electronic Circular.

The observing team used the same Hubble technique to observe the moon as they did for finding the small satellites of Pluto in 2005, 2011, and 2012. Several previous searches around Makemake had turned up empty. "Our preliminary estimates show that the moon's orbit seems to be edge-on, and that means that often when you look at the system you are going to miss the moon because it gets lost in the bright glare of Makemake," said Alex Parker of the Southwest Research Institute, Boulder, Colorado, who led the image analysis for the observations.

A moon's discovery can provide valuable information on the dwarf-planet system. By measuring the moon's orbit, astronomers can calculate a mass for the system and gain insight into its evolution.

Uncovering the moon also reinforces the idea that most dwarf planets have satellites.

"Makemake is in the class of rare Pluto-like objects, so finding a companion is important," Parker said. "The discovery of this moon has given us an opportunity to study Makemake in far greater detail than we ever would have been able to without the companion."

Finding this moon only increases the parallels between Pluto and Makemake. Both objects are already known to be covered in frozen methane. As was done with Pluto, further study of the satellite will easily reveal the density of Makemake, a key result that will indicate if the bulk compositions of Pluto and Makemake are also similar. "This new discovery opens a new chapter in comparative planetology in the outer solar system," said team leader Marc Buie of the Southwest Research Institute, Boulder, Colorado.

The researchers will need more Hubble observations to make accurate measurements to determine if the moon's orbit is elliptical or circular. Preliminary estimates indicate that if the moon is in a circular orbit, it completes a circuit around Makemake in 12 days or longer.

Determining the shape of the moon's orbit will help settle the question of its origin. A tight circular orbit means that MK 2 is probably the product of a collision between Makemake and another Kuiper Belt Object. If the moon is in a wide, elongated orbit, it is more likely to be a captured object from the Kuiper Belt. Either event would have likely occurred several billion years ago, when the solar system was young.

The discovery may have solved one mystery about Makemake. Previous infrared studies of the dwarf planet revealed that while Makemake's surface is almost entirely bright and very cold, some areas appear warmer than other areas. Astronomers had suggested that this discrepancy may be due to the sun warming discrete dark patches on Makemake's surface. However, unless Makemake is in a special orientation, these dark patches should make the dwarf planet's brightness vary substantially as it rotates. But this amount of variability has never been observed.

These previous infrared data did not have sufficient resolution to separate Makemake from MK 2. The team's reanalysis, based on the new Hubble observations, suggests that much of the warmer surface detected previously in infrared light may, in reality, simply have been the dark surface of the companion MK 2.

There are several possibilities that could explain why the moon would have charcoal-black surface, even though it is orbiting a dwarf planet that is as bright as fresh snow. one idea is that, unlike larger objects such as Makemake, MK 2 is small enough that it cannot gravitationally hold onto a bright, icy crust, which sublimates, changing from solid to gas, under sunlight. This would make the moon similar to comets and other Kuiper Belt Objects, many of which are covered with very dark material.

When Pluto's moon Charon was discovered in 1978, astronomers quickly calculated the mass of the system. Pluto's mass was hundreds of times smaller than the mass originally estimated when it was found in 1930. With Charon's discovery, astronomers suddenly knew something was fundamentally different about Pluto. "That's the kind of transformative measurement that having a satellite can enable," Parker said.

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Donna Weaver / Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland
410-338-4493 / 410-338-4514
dweaver@stsci.edu / villard@stsci.edu

Alex Parker
Southwest Research Institute, Boulder, Colorado
360-599-5346
alex.parker@swri.org