C/2014 S3 (판스타스, PANSTARRS)

 

Credit:ESO/M. Kornmesser

 

그림 1> C/2014 S3 (판스타스, PANSTARRS)에 대한 상상화.

이 천체는 내태양계에서 멀리 떨어진 지역에서 거의 충돌을 겪지 않고 대부분의 시간을 보냈기 때문에 표면에 거의 충돌 구덩이가 없거나 있다 하더라도 그리 많지 않을 것이다.
C/2014 S3 (판스타스, PANSTARRS)는 지구와 비슷한 지역에서 형성되었기 때문에 구성성분의 대부분은 암석질이며 혜성으로서의 특징에 해당하는 행동양상은 대단히 한정적으로만 나타나고 있다..

 

천문학자들이 지구가 형성되던 당시 내행성계의 물질로 만들어진 것으로 보이는 독특한 천체를 발견했다.
이 천체는 수십억년 동안 태양으로부터 멀리 떨어져 있는 오르트 구름에 보존되어 있었다.
ESO의 초대형망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)과 캐나다-프랑스-하와이 망원경(the Canada France Hawai`i Telescope)에 의해 진행된 관측에 따르면 C/2014 S3 (판스타스, PANSTARRS)는 원시 내행성계 소행성의 특성을 가지고 있는 장주기 혜성으로서는 처음으로 발견된 천체이다.

이 혜성은 태양계가 어떻게 형성되었는지에 대한 중요한 단서를 제공해 줄 수 있을지도 모른다.

 

2016년 4월 29일 사이언스 어드밴시스(the journal Science Advances)에 개재된 논문의 주저자인 하와이대학 천문연구소의 캐런 미치(Karen Meech)와 그녀의 동료들은 C/2014 S3 (판스타스) 혜성이 지구가 형성되던 때와 동일한 시점에 내태양계에서 형성되었으며 매우 이른 시기 태양계 외곽으로 내쳐진 천체라고 결론지었다.
 
이들의 관측내용은  이 천체가 일시적으로 길을 잃은 당대의 소행성이라기보다는 오래전에 만들어진 암석 덩어리라는 것을 말해주고 있다.

 

이 천체는 그 자체로서 지구와 같은 암석질 행성을 만들어낸 근본이 되는 물질 중 하나이며 내태양계로부터 뿜어져 나가 수십억년 동안 오르트 구름에서 꽁꽁 얼어붙은채로 보존되어왔다.[1]

 

이번 예상 밖의 관측에 대한 캐런 미치의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이미 여러 소행성들을 알고 있습니다.
하지만 이들은 수십억년 동안 태양 근처에서 가열되어온 천체들이죠.
이번에 우리는 처음으로 전혀 가열되지 않은 소행성을 관측할 수 있었습니다. 

이 소행성은 오르트 구름이라는 최상의 냉장고에서 지금까지 보존되어 왔죠."

 

C/2014 S3 (판스타스)는 판스타스1 망원경(the Pan-STARRS1 telescope)에 의해 태양과 지구 거리의 두 배 지점에서 미약한 활동성을 보이는 혜성으로 처음 발견된 천체이다.

 

이 혜성이 가지고 있는 오랜 시간의 궤도 주기(약 860년)는 이 천체가 오르트 구름에서 온 천체임을 말해주고 있었으며, 상대적으로 최근에 태양 가까이 접근하는 궤도로 살짝 밀려났을 것으로 추정되었다.

 

연구팀은 즉시 C/2014 S3 (판스타스, PANSTARRS)에 뭔가 독특한 점이 있다는 것에 주목하였다.
이 혜성은 태양 가까이 접근할 때 대부분의 장주기 혜성들이 보여주는 꼬리를 전혀 가지고 있지 않았던 것이다.

그래서 이 혜성은 꼬리가 없는 맹크스 고양이의 이름을 따서 맹크스 혜성이라는 별명이 지어졌다.

 

발견 후 몇 주 지나지 않아서 연구팀은 ESO의 VLT를 이용하여 매우 희미한 이 천체의 분광데이터를 얻을 수 있었다.
C/2014 S3 (판스타스)에서 반사되어 나온 빛에 대해 면밀한 연구 끝에 이 천체가 전형적인 S-유형의 소행성임을 알 수 있었는데, 이는 소행성 벨트에서 일반적으로 발견되는 소행성과 같은 유형이었다.

 

이 천체는 일반적으로 태양계 외곽에서 형성되는 전형적인 얼음 성분의 혜성처럼 보이지 않았으며 차라리 암석질 천체에 가까웠다.
이 천체의 구성 물질들은 거의 변형을 겪지 않은 것으로 보이는데 이는 해당 천체가 오랫동안 매우 꽁꽁 얼어붙어 있었음을 말해주는 것이다.

 

C/2014 S3 (판스타스)가 보여주는 혜성으로서의 행동 양상은 매우 미약하다.
예를 들어 물얼음의 기화와 같은 모습이 혜성과 같은 행동 양상이 되는데 이 천체는 태양으로부터 유사한 거리에 있는 다른 장주기 혜성들이 보여주는 활동성 대비 백만배나 미약한 수준이었다.

 

논문의 저자들은 결국 이 천체를 내태양계의 물질들로 만들어졌으나 오르트 구름에 자리잡고 있다가 다시 내태양계로 돌아오게 된 천체라고 결론지었다.

 

Credit:ESO/L. Calcada

 

그림 2> 이 표는 내태양계와 태양계 외곽에서 40억년 이상의 오랜 시간을 보냈을 C/2014 S3 (판스타스, PANSTARRS)의 역사를 보여주고 있다.
C/2014 S3 (판스타스, PANSTARRS)는 거의 대부분의 일생을 태양계 외곽의 차가운 오르트 구름에서 보냈다.

 

여러 이론상의 모델들이 오늘날 우리가 태양계에서 목격하는 것과 같은 구조의 상당 부분을 재현해낼 수 있다.
그런데 이 이론들 간의 중요한 차이는 오르트 구름을 구성하고 있는 물질들에 대한 견해에 있다.

서로 다른 모델의 예측치에서 현저한 차이를 보이는 것은 암석으로 된 천체 대비 얼음으로 된 천체의 비율이다.

 

따라서 오르트 구름으로부터 온 암석질 천체에 대한 이번 첫번째 발견은 서로다른 모델의 예측치를 검증하는데 있어 매우 중요한 정보가 된다.

 

논문의 저자들은 현재 존재하는 모델을 검증하려면 최소 50~100개에 이르는 맹크스 혜성을 관측해야 할 필요가 있다고 예측하고 있다.
그렇게만 된다면 태양계의 기원에 대한 연구에서 새로운 금맥을 터뜨리는 것과 같은 결과가 열릴 것이다.

 

이번 논문의 공동저자인  ESO 올리비에 에노(Olivier Hainaut)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 첫 암석질 혜성을 발견해냈고, 또다른 암석질 혜성을 찾고 있습니다.
얼마나 많이 우리가 발견할 수 있을지에 따라  과연 거대한 행성들이 생성된지 얼마 안되었을 때 태양계를 가로지르며 왔다갔다 하고 있었던 것인지 아니면 일체의 움직임 없이 조용하게 몸집을 불려나가는 방식으로 형성된 것인지를 알 수 있게 될 것입니다."

 

Credit:K. Meech (IfA/UH)/CFHT/ESO

 

사진 1> 이 사진은 캐나다-프랑스-하와이 망원경으로 촬영한 C/2014 S3 (판스타스, PANSTARRS)혜성의 모습이다.

 

각주

 

[1] 오르트 구름은 태양을 둘러싸고 있는 거대하고 두꺼운 비누 거품과 같은 지역이다. 
이곳에는 약 1조개의 작은 얼음 천체들이 존재할 것으로 예측되고 있다. 
이따금씩 이곳에 있는 천체들 중 하나가 살짝 밀려들어오면서 내태양계로 추락하게 되고, 태양에 다가올수록 가열되어 혜성이 된다. 
이 얼음덩이들은 태양계 형성 초기에 거대 행성들이 만들어지던 지역에서 밀려난 조각들일 것으로 생각되고 있다.

 

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release  2016년 4월 29일자 
         http://www.eso.org/public/news/eso1614/        

 

참고 : C/2014 S3 판스타스 혜성을 비롯한 태양계의 다양한 작은 천체에 대한 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>

eso1614 — Science Release

Unique Fragment from Earth’s Formation Returns after Billions of Years in Cold Storage

Tailless Manx comet from Oort Cloud brings clues about the origin of the Solar System

29 April 2016

Astronomers have found a unique object that appears to be made of inner Solar System material from the time of Earth’s formation, which has been preserved in the Oort Cloud far from the Sun for billions of years. Observations with ESO’s Very Large Telescope, and the Canada France Hawai`i Telescope, show that C/2014 S3 (PANSTARRS) is the first object to be discovered on a long-period cometary orbit that has the characteristics of a pristine inner Solar System asteroid. It may provide important clues about how the Solar System formed.

In a paper to be published today in the journal Science Advances, lead author Karen Meech of the University of Hawai`i’s Institute for Astronomy and her colleagues conclude that C/2014 S3 (PANSTARRS) formed in the inner Solar System at the same time as the Earth itself, but was ejected at a very early stage.

Their observations indicate that it is an ancient rocky body, rather than a contemporary asteroid that strayed out. As such, it is one of the potential building blocks of the rocky planets, such as the Earth, that was expelled from the inner Solar System and preserved in the deep freeze of the Oort Cloud for billions of years [1].

Karen Meech explains the unexpected observation: “We already knew of many asteroids, but they have all been baked by billions of years near the Sun. This one is the first uncooked asteroid we could observe: it has been preserved in the best freezer there is.”

C/2014 S3 (PANSTARRS) was originally identified by the Pan-STARRS1 telescope as a weakly active comet a little over twice as far from the Sun as the Earth. Its current long orbital period (around 860 years) suggests that its source is in the Oort Cloud, and it was nudged comparatively recently into an orbit that brings it closer to the Sun.

The team immediately noticed that C/2014 S3 (PANSTARRS) was unusual, as it does not have the characteristic tail that most long-period comets have when they approach so close to the Sun. As a result, it has been dubbed a Manx comet, after the tailless cat. Within weeks of its discovery, the team obtained spectra of the very faint object with ESO’s Very Large Telescope in Chile.

Careful study of the light reflected by C/2014 S3 (PANSTARRS) indicates that it is typical of asteroids known as S-type, which are usually found in the inner asteroid main belt. It does not look like a typical comet, which are believed to form in the outer Solar System and are icy, rather than rocky. It appears that the material has undergone very little processing, indicating that it has been deep frozen for a very long time. The very weak comet-like activity associated with C/2014 S3 (PANSTARRS), which is consistent with the sublimation of water ice, is about a million times lower than active long-period comets at a similar distance from the Sun.

The authors conclude that this object is probably made of fresh inner Solar System material that has been stored in the Oort Cloud and is now making its way back into the inner Solar System.

A number of theoretical models are able to reproduce much of the structure we see in the Solar System. An important difference between these models is what they predict about the objects that make up the Oort Cloud. Different models predict significantly different ratios of icy to rocky objects. This first discovery of a rocky object from the Oort Cloud is therefore an important test of the different predictions of the models. The authors estimate that observations of 50–100 of these Manx comets are needed to distinguish between the current models, opening up another rich vein in the study of the origins of the Solar System.

Co-author Olivier Hainaut (ESO, Garching, Germany), concludes: “We’ve found the first rocky comet, and we are looking for others. Depending how many we find, we will know whether the giant planets danced across the Solar System when they were young, or if they grew up quietly without moving much.”

Notes

[1] The Oort cloud is a huge region surrounding the Sun like a giant, thick soap bubble. It is estimated that it contains trillions of tiny icy bodies. Occasionally, one of these bodies gets nudged and falls into the inner Solar System, where the heat of the sun turns it into a comet. These icy bodies are thought to have been ejected from the region of the giant planets as these were forming, in the early days of the Solar System.

More information

This research was presented in a paper entitled “Inner Solar System Material Discovered in the Oort Cloud”, by Karen Meech et al., in the journal Science Advances.

The team is composed of Karen J. Meech (Institute for Astronomy, University of Hawai`i, USA), Bin Yang (ESO, Santiago, Chile), Jan Kleyna (Institute for Astronomy, University of Hawai`i, USA), Olivier R. Hainaut (ESO, Garching, Germany), Svetlana Berdyugina (Institute for Astronomy, University of Hawai’i, USA; Kiepenheuer Institut für Sonnenphysik, Freiburg, Germany), Jacqueline V. Keane (Institute for Astronomy, University of Hawai`i, USA), Marco Micheli (ESA, Frascati, Italy), Alessandro Morbidelli (Laboratoire Lagrange/Observatoire de la Côte d’Azur/CNRS/Université Nice Sophia Antipolis, France) and Richard J. Wainscoat (Institute for Astronomy, University of Hawai`i, USA).

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is a major partner in ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre European Extremely Large Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

Links

• Research paper
• Photos of the VLT
• Canada France Hawai`i Telescope

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Email: meech@ifa.hawaii.edu

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