332P/이케야-무라카미(332P/Ikeya-Murakami) 혜성 : 파괴되고 있는 혜성의 모습을 관측하다

 

Credit: NASA, ESA, and D. Jewitt (UCLA)

 

사진1> 허블우주망원경이 태양에 다가가면서 파괴되고 있는 332P/이케야-무라카미(332P/Ikeya-Murakami) 혜성의 모습을 촬영하였다.

이번 관측은 분해가 진행되고 있는 혜성을 가장 고해상도로 촬영해낸 사례중 하나이다.

사진 중심부에 보이는 바와 같이 이 혜성의 파편은 건물 크기의 덩어리들로 구성되어 있으며 4,800킬로미터 이상의 궤적을 형성하고 있다.

혜성으로부터 떨어져나온 이 파편들은 일반 성인의 걸음속도 정도의 느린 속도로 천천히 퍼져나가고 있다.

332P 혜성의 핵이 사진 하단 왼쪽에 밝은 천체로 보인다.

332P 혜성의 지름은 약 480미터이다.

허블우주망원경은 지난 2016년 1월 26일부터 28일까지 화성공전궤도에서 약간 벗어난 궤도인, 태양으로부터 2억 4천만 킬로미터 거리에 있는 혜성의 모습을 관측하였다.

카이퍼 벨트에서 발생하여 45억살의 나이를 가지고 있는 이 혜성은 2015년 10월에서 12월 사이의 짧은 기간에 파편을 쏟아낸 것으로 보인다.

이 혜성은 자전에 따라 얼음표면이 태양쪽으로 향하거나 멀어지면서 밝아지고 어두워지기를 반복하고 있다.

이 혜성에는 총 25개의 파편이 있는데 이 파편들의 총량은 모혜성의 약 4%에 해당하는 양이며 각 파편의 너비는 대략 20미터에서 60미터 수준이다. 혜성 바로 위로 보이는 희미한 백색 점 역시 또다른 파편인 것으로 보이는데 이는 분출이 시작되고 있음을 말해주는 표지가 되기도 한다.

이번 관측은 혜성이 태양으로 다가가면서 운동력을 만들어내는 물질의 기화 작용에 대한 통찰을 제공해줄 것으로 보인다.

이 사진은 2016년 1월 27일 허블 WFC3에 의해 촬영되었다.

 

허블우주망원경이 혜성이 파괴되는 모습을 가장 세밀한 고화질 사진으로 촬영해냈다.
이 혜성의 파괴는 1억 720만 킬로미터 밖에서 발생하였다.

2016년 1월, 3일에 걸쳐 촬영된 일련의 사진은 얼음과 먼지가 뒤섞인 건물 크기의 덩어리 25개가 사람의 걸음걸이 속도에 해당하는 느릿느릿한 속도로 서로 떨어져나가는 모습을 보여주고 있다.

 

이번 관측에서 물질들이 떨어져 나오는 모습을 보여주고 있는 혜성은 332P/이케야-무라카미(332P/Ikeya-Murakami), 또는 332P 라는 이름을 가진 45억살의 혜성이다.
이 물질들은 혜성의 너무 빠른 자전속도 때문에 떨어져나오는 것으로 보인다.

그 결과 파편들이 4,800 킬로미터의 길이로 흩어져 있다.

이번 관측은 혜성이 태양으로 다가가면서 운동력을 만들어내는 물질의 기화 작용에 대한 통찰을 제공해줄 것으로 보인다.

 

허블우주망원경이 파괴장면을 촬영할 당시 332P 혜성은 태양으로부터 2억 4천만 킬로미터 거리인 화성공전 궤도 바로 바깥쪽에 위치하고 있었다.

 

이번 관측의 수석연구원인 캘리포니아 대학 데이비드 주이트( David Jewitt)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이미 혜성이 이따금씩 분리되어 버린다는 것을 알고 있습니다.
그러나 왜, 그리고 어떻게 이런 현상이 발생하는지는 알지 못하고 있죠.
문제는 이러한 현상이 아무런 예고도 없이 너무나 갑작스럽게 일어난다는 것입니다.
그래서 우리는 쓸만한 데이터를 얻을 수 있는 기회가 거의 없는 셈입니다.
그러나 허블우주망원경의 환상적인 고분해능을 이용하여 정말 미세하고 희미하기만 한 혜성의 잔해들을 볼 수 있게 되었을 뿐 아니라 이 물질들의 변화 과정을 매일매일 볼 수 있게 되었습니다.
그 결과 이와 같은 천체들에 대해 최상의 측정치를 획득할 수 있게 되었습니다."

 

3일에 걸친 관측 결과는 이 혜성의 파편들에서 얼음이 붙어 있는 표면이 태양쪽으로 돌거나 벗어나기를 반복하면서 밝아졌다가 희미해지기를 반복하고 있음을 알려주었다.

또한 이 파편들이 부서질때마다 그 형태 역시 변하고 있었다.

이 얼음 파편들은 자신의 모 천체의 약 4퍼센트에 해당하며 그 크기는 약 20미터에서 60미터 정도이다.

이 파편들은 시간당 수 킬로미터의 속도로 서로 멀어지고 있다.

 

허블우주망원경의 사진은 이 파편들의 모체인 332P 혜성 역시 주기적인 밝기 변화를 보여주고 있으며 매 2시간에서 4시간 간격으로 한차례 자전하고 있음을 알려주었다.

따라서 이 혜성을 방문한 사람이라면 해돋이와 해넘이를 짧은 시간 차이로 보게 될 것이다.

 

이 혜성의 크기는 천문학자들이 예상한 것보다는 훨씬 작은 지름 480미터 수준이다.

332P 혜성은 2010년 11월 갑자기 밝기가 급등했을 때, 일본의 아마추어 천문가인 카오류 이케야(Kaoru Ikeya)와 시게키 무라카미(Shigeki Murakami)에 의해 발견되었다.

 

허블우주망원경의 데이터를 기반으로 과학자들은 혜성의 표면에서 가스와 먼지제트가 분출되어 나오는 원인은 태양빛이 혜성을 가열시키기 때문이라고 제안했다.

혜성의 핵이 상당히 작기 때문에 이렇게 분출되어 나오는 제트는 마치 로켓 엔진처럼 작용하여 혜성의 자전 속도를 빠르게 만든다.

이렇게 빨라진 자전 속도는 물질 덩어리를 떨어뜨리게 만들고 이렇게 떨어진 물질 덩어리들은 우주 공간을 떠다니게 된다.

 

연구팀의 계산 결과는  이 혜성이 2015년 10월부터 12월 사이에 물질들을 떨어뜨렸을 것임을 말해주고 있다.

 

주이트는 이렇게 떨어져나온 조각들 역시 연속적인 파편화의 과정을 거치면서 더 자잘하게 부숴졌을 것이라고 말했다.

주이트의 설명은 다음과 같다.
"우리의 분석결과에 따르면 비교적 작은 파편들은 비교적 큰 덩어리의 숫자를 기반으로 예측할 수 있는 수만큼 많지는 않았습니다.
이러한 사실이 암시하는 것은 이들이 모체로부터 떨어져 나온 이후에 고작 몇 개월 상관에도 지속적으로 사라지고 있음을 말해주는 것입니다.
우리는 작은 파편들일수록 짧은 수명을 가진다고 생각하고 있습니다."
 

허블의 고해상도 분해능은 혜성에 가까이 붙어 있는 물질 덩어리도 볼 수 있게 해 주었다.
이 덩어리는 또다른 분출과정에서 처음으로 떨어져나온 물질일 것이다.

 

이 잔해들 중에는 아마도 2012년에 발생했을 것으로 보이는 또다른 사건으로부터 만들어진 잔해도 보인다.

파편의 크기는 332P 혜성만큼이나 큰 것으로 보이는데 이는 이 혜성이 두 개로 쪼개졌음을 말해주는 것이다.

 

그러나 이 얼음 잔해들은 NASA 행성방위협력국(Planetary Defense Coordination Office)에서 진행하는 지구근접천체관측프로램(the Near-Earth Object Observations program) 지원의 일환으로 하와이의 판스타스 망원경이 2015년 12월 31일 관측을 해낼 때까지 전혀 발견하지 못했었다. 

해당 발견으로 주이트와 그의 동료들은 이 혜성의 상세한 관측을 위해 허블우주망원경의 관측 시간 할당을 요청하게 된 것이다.

 

대략 비슷한 시점에 전 세계에 있는 천문학자들이 이 혜성의 근처에 퍼져 구름기를 형성하고 있는 물질들에 주목하기 시작했고
나중에 허블우주망원경은 해당 물질들이 총 25개의 파편이라는 사실을 알려주었다.

 

주이트의 설명은 다음과 같다.
"천문학자들은 예전에는 혜성이 태양빛에 의해 가열되면서, 그래서 단순히 그 몸체를 구성하는 얼음들이 모두 기화되어 없어지면서 최후를 맞는 것으로 생각했었습니다.
아무것도 남지 않거나 활동성을 만들어낼만한 물질들이 없는 그저 죽은 덩어리에 지나지 않는 혜성이 될 것으로 생각했었죠.
그러나 파편화는 훨씬 더 중요한 작용일 수 있을 것이라는 생각을 하기 시작했습니다.
332P혜성의 경우 우리는 혜성이 파편화를 통해 소멸의 상태로 접어드는 광경을 보게 된 것인지도 모릅니다."
 

이번 관측팀의 일원인 존스홉킨스대학 응용물리학연구소의 헤롤드 위버(Harold Weaver)의 설명은 다음과 같습니다.
"허블우주망원경이 예전에 파편화가 진행중인 혜성을 최상의 상태로 관측한 것은 2006년 4월 ACS를 이용하여 73P/슈바스만-바크만 3 (73P/Schwassmann-Wachmann 3, 73P) 혜성을 관측한 것이었습니다.
당시 허블은 73P혜성이 60개 이상의 주요 파편으로 갈라진 모습을 보여주었죠.
허블이 촬영한 사진은 파괴된 73P의 모습을 유례없이 세밀하게 보여주었답니다.
그러나 혜성 자체는 332P혜성과는 달리 파편화되어가는 과정 자체를 입증할 수 있을만큼 충분히 오랫동안 관측되지 못했죠."
 

과학자들은 332P혜성이 차후 스물 다섯차례의 분출을 견딜 수 있을만큼 충분한 질량을 가지고 있는 것으로 계산하였다.

 

주이트의 설명은 다음과 같다.
"만약 이 혜성이 이 혜성의 태양공전 주기에 해당하는 매 6년마다 분출사건을 겪는다고 한다면 이 혜성은 150년 후에는 사라지게 될 것입니다.
이 시간은 천문학적 견지에서 말한다면 정말 눈깜짝할 순간이죠.
내태양계를 향한 혜성의 여행은 혜성에게는 불행한 일이 되는 것입니다."

 

꽁꽁얼어붙은 이 방문객들은 태양계 외곽에 광활하게 펼쳐진 천체들의 구역인 카이퍼 벨트로부터 오는 것이다.

이 얼어붙은 유물들은 태양계를 형성하고 남겨진 벽돌들이다.

 

꽁꽁 얼어붙고나서 45억년의 사간이 흐른 후 해왕성에서 발생한 혼란스러운 중력섭동 작용으로 인해 332P 혜성이 카이퍼 벨트에서 떨어져나오게 되었다.

이 혜성이 태양계를 가로질러 여행을 하게되었을 때 마치 핀볼 놀이에서 되튀기를 반복하는 공처럼 행성들에 의해 경로가 휘어지기를 반복하다가 목성의 중력에 의해 현재와 같은 공전궤도를 갖게 되었다.

 

주이트는 카이퍼벨트에서 혜성이 내태양계로 떨어져나오는 사건이 매 40년에서 100년마다 발생하는 것으로 예측하였다.

이번 연구 결과는 2016년 9월 15일 천체물리학 저널에 개재되었다.

 

Credit: NASA, ESA, and D. Jewitt (UCLA)

 

사진 2> 허블우주망원경이 2016년 1월 26일 WFC3로 촬영한 332P 혜성의 모습

 

 

Credit: NASA, ESA, and D. Jewitt (UCLA)

 

사진3> 허블우주망원경이 2016년 1월 28일 WFC3로 촬영한 332P 혜성의 모습

 

Credit: NASA, ESA, and D. Jewitt (UCLA)

 

사진4> 332P 혜성과 파편들의 모습

 

출처 : 허블사이트 2016년 9월 15일 발표 뉴스
         http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2016/35/
       

참고 : 332P 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>

News Release Number: STScI-2016-35

Hubble Takes Close-up Look at Disintegrating Comet

NASA's Hubble Space Telescope has captured one of the sharpest, most detailed observations of a comet breaking apart, which occurred 67 million miles from Earth.

In a series of images taken over a three-day span in January 2016, Hubble revealed 25 building-size blocks made of a mixture of ice and dust that are drifting away from the comet at a leisurely pace, about the walking speed of an adult.

The observations suggest that the roughly 4.5-billion-year-old comet, named 332P/Ikeya-Murakami, or Comet 332P, may be spinning so fast that material is ejected from its surface. The resulting debris is now scattered along a 3,000-mile-long trail, larger than the width of the continental U.S.

These observations provide insight into the volatile behavior of comets as they approach the sun and begin to vaporize, unleashing dynamical forces. Comet 332P was 150 million miles from the sun, slightly beyond the orbit of Mars, when Hubble spotted the breakup.

"We know that comets sometimes disintegrate, but we don't know much about why or how they come apart," explained lead researcher David Jewitt of the University of California at Los Angeles. "The trouble is that it happens quickly and without warning, and so we don't have much chance to get useful data. With Hubble's fantastic resolution, not only do we see really tiny, faint bits of the comet, but we can watch them change from day to day. And that has allowed us to make the best measurements ever obtained on such an object."

The three-day observations reveal that the comet shards brighten and dim as icy patches on their surfaces rotate into and out of sunlight. Their shapes change, too, as they break apart. The icy relics comprise about 4 percent of the parent comet and range in size from roughly 65 feet wide to 200 feet wide. They are moving away from each other at a few miles per hour.

The Hubble images show that the parent comet also changes brightness cyclically, completing a rotation every two to four hours. A visitor to the comet would see the sun rise and set in as little as an hour. The comet is also much smaller than astronomers thought, measuring only 1,600 feet across, about the length of five football fields.

Comet 332P was discovered in November 2010, after it surged in brightness and was spotted by two Japanese amateur astronomers, Kaoru Ikeya and Shigeki Murakami.

Based on the Hubble data, the research team suggests that sunlight heated up the comet, causing jets of gas and dust to erupt from its surface. Because the nucleus is so small, these jets act like rocket engines, spinning up the comet's rotation. The faster spin rate loosened chunks of material, which are drifting off into space.

The research team calculated that the comet probably shed material over several months, between October and December 2015. Jewitt suggests that even some of the ejected pieces have themselves fallen to bits in a kind of cascading fragmentation. "Our analysis shows that the smaller fragments are not as abundant as one might expect based on the number of bigger chunks," he said. "This is suggestive that they're being depleted even in the few months since they were launched from the primary body. We think these little guys have a short lifetime."

Hubble's sharp vision also spied a chunk of material close to the comet, which may be the first salvo of another outburst. The remnant from still another flare-up, which may have occurred in 2012, is also visible. The fragment may be as large as Comet 332P, suggesting the comet split in two. But the icy remnant wasn't spotted until Dec. 31, 2015, by the Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) telescope in Hawaii, in work supported by the Near-Earth Object Observations program in NASA's Planetary Defense Coordination Office. That discovery prompted Jewitt and colleagues to request Hubble time to look at the comet in detail. Around the same time, astronomers around the world began to notice a cloudy patch of material near the comet, which Hubble later resolved into the 25 pieces.

"In the past, astronomers thought that comets die when they are warmed by sunlight, causing their ices to simply vaporize away," Jewitt said. "Either nothing would be left over or there would be a dead hulk of material where an active comet used to be. But it's starting to look like fragmentation may be more important. In Comet 332P we may be seeing a comet fragmenting itself into oblivion."

"Hubble's best previous glimpse at a fragmenting comet came during Advanced Camera for Surveys (ACS) observations of 73P/Schwassmann-Wachmann 3 (73P) in April 2006," said collaborator Harold Weaver of the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland. "In those observations, Hubble witnessed a comet with more than 60 named pieces. The Hubble images showed unprecedented detail of 73P's breakup, but the comet wasn't observed long enough to document the evolution of the fragments over time, unlike the case of 332P."

The researchers estimate that Comet 332P contains enough mass to endure another 25 outbursts. "If the comet has an episode every six years, the equivalent of one orbit around the sun, then it will be gone in 150 years," Jewitt said. "It's the blink of an eye, astronomically speaking. The trip to the inner solar system has doomed it."

The icy visitor hails from the Kuiper Belt, a vast swarm of objects at the outskirts of our solar system. These icy relics are the leftover building blocks from our solar system's construction. After nearly 4.5 billion years in this icy deep freeze, chaotic gravitational perturbations from Neptune kicked Comet 332P out of the Kuiper Belt.

As the comet traveled across the solar system, it was deflected by the planets, like a ball bouncing around in a pinball machine, until Jupiter's gravity set its current orbit. Jewitt estimates that a comet from the Kuiper Belt gets tossed into the inner solar system every 40 to 100 years.

The results will appear in the Sept. 15, 2016, issue of The Astrophysical Journal Letters.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency. NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C.

 

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