C/2017 K2 PANSTARRS (K2)

 

Credits NASA ,   ESA , and D. Jewitt (UCLA)

 

사진 1> 태양계 외곽, 얼음의 세계로부터 날아온 혜성

꽁꽁 얼어붙은 채, 홀로 다니는 여행자가 수백만년 동안 태양계의 중심을 향한 여정을 계속하고 있다.

혜성이라 불리는 도시 하나 정도의 크기로 뭉쳐진 얼음과 먼지 덩어리가 태양계 외곽의 꽁꽁 얼어붙은 자신의 고향인 오르트 구름으로부터 중력다툼을 통해 튕겨져나와 방랑을 계속하고 있는 것이다.

오르트 구름은 46억년 전 태양계의 행성들을 만들고 남은 얼음덩어리들이 남아 이는 방대한 혜성 저장 창고이다.

혜성은 너무나 작고 희미하며, 너무나 멀리 떨어져 있어 탐색이 쉽지 않다.

천문학자들은 2017년 5월 하와이에서, 파노라마탐사망원경 및 즉시반응시스템(the Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, 이하 Pan-STARRS)을 이용하여 토성과 천왕성의 공전 궤도 사이지점인 약 24억 킬로미터 거리 범위에서 홀로 떠다니는 혜성들을 찾기 위한 작업을 시작하였다.

이번에 허블우주망원경은 C/2017 K2 PANSTARRS (K2)라는 이름의 혜성을 확대촬영하는 작업에 함께 참여하였다.

이 혜성은 태양으로부터 멀리 떨어져 있음에도 희미한 빛무리 아래에서 이미 활동성이 목격되면서 가장 멀리에서 발견된 기록을 갱신한 혜성이 되었다.

이처럼 멀리 떨어진 지점에서 태양계 안쪽을 향하고 있는 혜성에서 활동성이 목격된 적은 지금까지 한 번도 없었다. 

이곳에 도달하는 태양빛은 지구에 도달하는 태양빛 대비 1/225 밖에 되지 않는 수준이다.

또한 이곳의 온도는 영하 226도이다.

이처럼 어마어마하게 낮은 온도에도 불구하고 산소와 질소, 이산화탄소 및 일산화탄소 등이 뒤섞인 이 고대의 얼음덩이 표면은 기화되기 시작하면서 먼지가 흩어져나오기 시작했다.

이 물질들은 12만 8천 킬로 너비의, 이른바 코마라고 불리는 고체 핵을 휘감고 있는 먼지 헤일로로 부풀어 오르고 있다. 

천문학자들은 이 혜성이 내행성계로 들어와 근일점을 지나게 되는 2022년까지 이 혜성에 대한 연구를 계속하게 될 것이다.

 

허블우주망원경이 내행성계로 향하고 있는 혜성 중, 가장 먼 거리에서 이미 활동성을 나타내고 있는 혜성을 촬영하였다. 

현재 이 혜성은 태양으로부터 24억 킬로미터 거리인 토성 공전 궤도 너머에 위치하고 있다.

 

엄청나게 머나먼 거리에서 조금씩 가열되고 있는 이 혜성은 이른바 코마라고 불리는 얼어붙은 가스와 먼지로 만들어진 작은 고체 핵을 휘감고 있는 12만 8천킬로미터 폭의 먼지 구름이 발달되기 시작한 상태이다.

 

이번 관측은 태양계 행성계로 진입을 시작하고 있는 혜성에 대한 관측 역사상 그 활동성을 가장 이른 시기부터 관측해낸 최초 사례이다.

 

C/2017 K2 (PANSTARRS) 또는 간단하게 "K2"라고 부르는 이 혜성은 영하 226도의 꽁꽁 얼어붙은 태양계 외곽의 고향으로부터 수백만년 동안의 여행을 계속하고 있는 혜성이다.

이 혜성의 공전궤도를 봤을 때 이 혜성이 오르트 구름으로부터 왔다는 것을 알 수 있다.

오르트 구름은 거의 1광년에 달하는 지름을 가진 구형 지역으로서 약 1천억 개의 혜성들을 품고 있을 것으로 추정되고 있다.

 

이 혜성들은 46억년 전 태양계가 형성되던 당시로부터 남겨진 얼음 잔해물들로서 원시 태양계의 조성을 고스란히 품고 있다.

 

이번 연구의 책임연구원인 캘리포니아 대학 데이비드 주위트(David Jewitt)의 설명은 다음과 같다. 

"K2는 태양으로부터 너무나 머리 떨어져 있어 이 혜성이 말 그대로 혜성처럼 보이게 만들어 줄 어떠한 활동성도 보이지 않을 거라고 생각했습니다. 

그저 기화작용과 같은 활동성은 이 혜성이 태양계 행성 지대로 진입하게 될 때 나타날 것으로 생각했죠. 

그런데 바로 그 점이 이 혜성이 특별한 이유가 되었습니다. 

이 혜성은 아직 너무나 멀리 있어 온도는 엄청나게 낮고 얼음은 바위처럼 완전히 딱딱하게 얼어있는 상태였거든요."

 

주위트에 따르면 허블우주망원경의 관측을 기반으로 분석한 K2는 태양빛에 의해 가열되어 기화를 시작하면서 코마가 관측되고 있는데 이는 혜성의 얼어붙은 표면을 이루고 있던 산소나 질소, 일산화탄소 및 이산화탄소와 같은 가스들이 기화되면서 만들어진 것이라고 한다.

이 얼음들이 기화되어 솟구쳐 오르면서 먼지를 뱉어내게 되고 이로부터 코마가 형성되고 있는 것이다.

 

태양 근처까지 다다른 혜성의 성분을 조사한 이전의 연구들 역시 기화된 얼음으로부터 동일한 성분들이 뒤섞인 양상을 발견해왔다.

 

주위트의 설명은 다음과 같다.

"저는 이러한 성분의 기화물질들이 K2 전반에 고루 퍼져 있다고 생각합니다. 

그리고 이미 오르트 구름에 있는 모든 혜성들에도 동일한 성분이 있을 거라 생각합니다.

그러나 혜성 표면의 기화물질들은 태양에 의해 열기를 흡수했을 때 발생하는 것이죠. 

이 현상은 혜성이 가장 바깥 피부를 벗어내는 것이라 할 수 있습니다. 

대부분의 해성들은 태양에 가까이 왔을 때 발견됩니다. 

대개 목성 공전궤도 근처에서 발견되며 이때 발견된 혜성들은 이미 그 표면에서 기화가 시작되고 있는 때죠. 

따라서 K2야말로 우리가 지금까지 봐온 혜성 중 가장 원초적인 혜성이라고 말할 수 있습니다." 

 

K2는 2017년 5월 하와이의 파노라마탐사망원경 및 즉시반응시스템(the Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, Pan-STARRS)에 의해 발견되었다.

 

주위트는 허블 WFC3를 이용하여 지난 6월 말 이 혜성을 관측하였다. 

허블의 고해상도 관측 능력은 확장되어 나온 코마의 존재를 보여주었고, 지름 20킬로미터가 채 되지 않는 이 혜성의 핵을 측정가능하게 해 주었으며 지구 10개의 직경과 맞먹는 지름을 가지고 있지만 매우 희박한 코마 역시 측정가능하게 해주었다. 

 

이처럼 광활하게 펼쳐진 코마는 혜성이 태양으로부터 훨씬 더 멀리 떨어져 있을 때에 만들어지는 것임에 틀림없다. 

 

주위트의 연구팀은 과거 데이터의 검색을 통해 2013년 캐나다-프랑스-하와이 망원경(the Canada-France-Hawaii Telescope, 이하 CFHT)이 촬영한 K2의 사진에서 흐릿한 코마를 발견해냈다.  

당시 이 천체는 너무나 희미해서 아무도 주목을 하지 않았던 것이다. 

 

주위트의 설명은 다음과 같다.

"저희는 이 혜성이 최소 4년 동안 지속적으로 활동적인 상태에 머물러 있었을 것이라고 생각했습니다. 

CFHT 데이터를 찾아본 결과 K2는 이미 태양으로부터 32억 킬로미터나 떨어져 있는 상태에서도 이미 코마를 가지고 있었죠.

이곳은 천왕성과 해왕성 공전궤도 사이지점입니다. 

이곳에서도 이 혜성은 이미 활동성을 보여주고 있었고, 그 활동성은 태양계 안쪽으로 들어오면서 지속된 것이라고 생각합니다. 

이 혜성이 태양으로 점점 다가올수록 혜성은 점점 더 열을 받게 되고 따라서 활동성도 훨씬 더 증가하게 될 것입니다."

  

그러나 흥미롭게도 허블우주망원경이 촬영한 사진에는 혜성의 특징이라고 할 수 있는 꼬리의 모습은 보이지 않는다. 

이 꼬리의 부재는 혜성으로부터 떨어져 나온 입자들이 태양풍의 압력으로 밀려나기에는 아직은 너무나 크다는 것을 의미한다. 

 

천문학자들은 K2를 보다 세밀하게 연구할 수 있는 충분한 시간을 갖게 될 것이다. 

 

K2는 향후 5년동안 태양계 안쪽을 향한 여행을 계속하게 될 것이고 2022년에는 태양으로부터 가장 가까운 지점인 화성궤도 바로 바깥쪽까지 접근하게 된다. 

 

주위트의 소감은 다음과 같다.

"우리는 오르트구름으로부터 떨어져 나온 혜성이 머나먼 거리에서부터 활동성이 증가되는 양상을 처음으로 관측할 수 있게 되었습니다.

이 혜성은 태양으로 다가올수록 활동성이 점점 증가하게 되고, 이 와중에 꼬리도 만들어지게 되겠죠."

 

주위트는 2018년 발사예정인 제임스웹우주망원경을 이용하여 이 혜성의 핵으로부터 발생하는 열을 측정할 수 있을 것이고 이를 통해 보다 정확한 크기를 잴 수 있을 것이라고 기대했다. 

연구팀의 논문은 2017년 9월 28일 아스트로피지컬 저널에 발표되었다. 

 

 

Credits  Illustration:   NASA ,   ESA , and A. Feild ( STScI )

 

그림 1> 이 삽화는 태양계로 처녀비행을 시작한 C/2017 K2 PANSTARRS (K2) 혜성의 궤도를 보여주고 있다. 

허블우주망원경이 이 혜성을 관측한 것은 태양으로부터 24억 킬로미터 떨어진 토성궤도와 천왕성궤도 중간 지역에 이 혜성이 위치하고 있을 때였다.

그 관측을 통해 이 혜성을 감싸고 있는 코마라고 불리는 희미한 먼지 구름을 볼 수 있었는데 이는 이 얼어붙은 혜성이 태양에 의해 점점 가열되고 있으며 물질들을 방출하고 있음을 말해주는 증거였다. 

간단하게 K2로 불리기도 하는 이 혜성은 태양계로 들어오고 있는 혜성으로서는 가장 멀리에서부터 활동성이 관측된 혜성이 되었다. 

K2는 태양계 외곽에 구체로 형성된 지역인 오르트구름에서부터 여행을 시작하여 수백만년째 태양계로 여행을 계속하고 있다. 

이 그림은 주요 행성 공전궤도면과 높은 각도를 이루고 있는 이 혜성의 궤도를 보여주고 있다. 

그림에는 목성에서부터 해왕성까지 거대 행성들의 공전궤도도 표시되어 있다. 

그림에는 또한 난쟁이행성 플루토의 공전궤도도 표시되어 있는데 플루토는 태양계 형성시 남겨진 태초의 잔해들이 널려 있는 카이퍼벨트 상에 위치하고 있다. 

 

출처 : 허블사이트 2017년 9월 28일 발표 뉴스

       http://hubblesite.org/image/4071/news_release/2017-40

         

참고 : C/2017 K2 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