호무아무아(`Oumuamua) : 머나먼 우주공간에서 찾아온 소행성

Credit:ESO/M. Kornmesser

 

그림 1> 이 상상화는 우주공간에서 날아온 첫번째 소행성인 호무아무아(`Oumuamua)를 그린 것이다.

이 독특한 천체는 2017년 10월 19일, 하와이에 있는 판스타스 1 망원경에 의해 발견되었다.

ESO의 초거대망원경을 비롯한 여러 망원경들이 동원된 후속 관측은 이 천체가 수백만 년동안 우주공간을 떠돌다가 우리 태양계에 우연히 접어들게 되었다는 점을 알려주었다.

검붉은 색을 띤 것으로 보이는 호무아무아는 길쭉한 타원형의 금속질 또는 암석질 천체로 보인다. 

그 길이는 약 400미터 정도인데 이러한 형태는 태양계에서 발견된 일반적인 소행성과는 아주 다른 독특한 형태에 해당한다.

 

천문학자들이 사상 처음으로 별사이우주공간에서 태양계로 유입된 소행성을 연구했다. 

ESO 초거대망원과 전세계에 있는 많은 천문대에서 수백만년 동안 우주공간을 떠돌다가 우연히 우리 태양계로 들어온 이 독특한 천체를 관측하고 있는 것이다.

이 소행성은 아주 어둡고 붉은 빛을 띠는 길쭉한 타원형 모양이며 그 재질은 암석질 또는 금속함유도가 높은 재질일 것으로 추정되고 있다.

이번 연구 결과는 2017년 11월 20일 네이처지에 개재되었다.

 

2017년 10월 19일 하와이에 위치한 판스타스 1망원경이 하늘을 가로질러 가고 있는 희미한 점 하나를 포착했다.

 

Credit:ESO/K. Meech et al.

 

사진 1> 오랜동안의 노출을 이용하여 촬영된 이 사진의 한복판에 우주공간에서 날아온 소행성 호무아무아가 담겨 있다.

희미한 별들의 궤적은 망원경이 소행성을 추적해가는 과정에서 발생한 것이다.

이 사진은 ESO 초거대망원경 및 제미니남반구망원경이 촬영한 여러 사진들을 합성하여 만들어진 것이다.

호무아무아가 파란색 원으로 표시되어 있다. 

호무아무아는 주위를 둘러싸고 있는 일체의 먼지가 없어 하나의 점으로 보인다.

 

처음에는 그저 빠르게 움직이는 전형적인 작은 소행성으로 판단되었다. 그리고 이틀 후 이 천체의 궤도가 정확하게 계산되었다.

계산된 궤도에 의하면 이 천체는 우리 태양계 내에서 유래한 천체가 아니었다. 

지금까지 우리가 봐온 소행성이나 혜성은 모두 태양계 내부에서 생성된 것이었지만 이 소행성은 별사이우주공간에서 유입된 천체였던 것이다.

 

Credit:ESO/K. Meech et al.

 

표1> 이 표는 호무아무아가 태양계를 통과하는 경로를 보여주고 있다.

지금까지 관측된 모든 소행성이나 혜성과는 달리 이 천체는 태양의 중력에 묶여 있지 않다.

이 소행성은 별사이우주공간에서 유입되었고 태양계와의 짧은 조우를 마친 후 다시 별사이우주공간으로 돌아가게 될 것이다.

현재까지 예측된 이 천체의 궤도는 대단히 높게 기울어져 있어 이후 태양계의 어떤 천체와도 조우하지 않게 된다.

 

이 천체는 처음에는 혜성으로 분류되었었다. 

그러나 ESO를 비롯한 여러 천문대의 관측 결과에 따르면 이 천체가 근일점을 통과한 2017년 9월 중에도 일체 혜성과 같은 활동성은 나타나지 않았다.

 

결국 이 천체는 별사이우주공간의 소행성으로 재분류되었고 1I/2017 U1 (호무아무아, `Oumuamua)라고 명명되었다.[1]

 

연구팀의 일원인 ESO의 올리비에르 하이나우트(Olivier Hainaut)의 설명은 다음과 같다.

"우리는 정말 빠르게 대응해야 했습니다. 

 호무아무아는 이미 근일점을 통과하여 우주공간으로 다시 날아가고 있었죠."

 

이 천체의 궤도와 밝기 및 색깔을 좀더 정밀하게 측정하기 위해 ESO의 초거대망원경이 즉각 호출되었다.

호무아무아는 태양에서 멀어질수록 빠르게 어두워졌고 태양계를 벗어나는 경로에 지구 공전궤도를 지나게 될 것이었기 때문에 신속한 대응이 필수적이었다.

 

또한 몇가지 더 놀라운 점이 있었다.

 

하와이 천문연구소의 캐런 미치(Karen Meech)가 이끄는 연구팀은 VLT FORS장비를 이용하여 서로다른 4개 필터로 촬영된 사진과 다른 대형망원경들이 촬영한 사진들을 조합한 결과 장축을 기준으로 매 7.3시간마다 자전하는 이 천체의 밝기가 10배의 폭에 걸쳐 드라마틱한 변화를 나타내고 있었던 것이다.

 

이러한 현상이 갖는 중요성을 캐런 미치는 다음과 같이 설명하고 있다.

"이렇게 다양하게 나타나는 밝기 변화가 의미하는 것은 이 천체가 이심률이 매우 높은 형태를 하고 있다는 것이었습니다. 

너비 대비 10배 이상 길고, 복잡하게 뒤엉킨 형태를 하고 있다는 뜻이었죠.  

우리는 또한 이 천체는 어두침침한 붉은 색을 띠고 있다는 것을 알아냈습니다. 

그건 우리 태양계 외곽에 있는 천체들과 비슷한 특징이었죠. 

또한 이 천체는 그 주위에서 어떠한 희미한 먼지의 흔적도 발견되지 않는, 완벽하게 잠잠한 상태의 천체였습니다. "

 

이러한 속성들이 의미하는 것은 호무아무아가 매우 밀도가 높은 암석질 천체이거나 금속성분을 많이 함유하고 있으며 물이나 얼음은 거의 없음을 의미한다. 

표면이 어둡거나 붉은 빛을 띠는 것은 지난 수백만 년동안 우주선의 방사능에 계속 노출되어 있었기 때문일 것이다.

이 소행성의 길이는 최소 400미터일 것으로 추정된다.

 

처음에는 이 소행성이 거문고자리 알파별 베가 방향에서 유입된 것으로 계산되었다.

그러나 이 소행성이 아무리 시속 95,000 킬로미터의 빠른 속도로 움직이고 있다고 하더라도 거문고자리 방향에서 태양계로 유입된 것이라면 별사이우주공간을 무려 30만년이라는 너무나 오랜기간동안 떠돌아 다녔다는 말이 된다.

왜냐하면 베가가 결코 가까운 거리가 아니기 때문이다.

호무아무아는 우연히 태양계에 접어들기 전에 이미 수 억년 동안 그 어떤 별에도 묶이지 않은채 미리내를 방황하고 있었을 것이다.

 

천문학자들은 호무아무아와 같이 우주공간에서 날아들어온 소행성이 일년에 한 번은 내태양계를 통과하는 것으로 예측하고 있다.

다만 이들이 너무나 어둡고 희미해서 관측이 되지 못할 뿐이라고 추정하는 것이다.

이와 같은 천체들이 최근에 와서야 판스타스와 같은 강력한 관측기구에 의해 발견되는 것이다.

 

올리비에르 하이나우트(Olivier Hainaut)의 소감은 다음과 같다. 

"우리는 이 독특한 천체를 계속 추적할 겁니다. 

그리고 이 천체가 어디에서 왔는지, 그리고 다음에는 어디로 가게 될 것인지를 정확히 규명하고 싶습니다.

이번에 우리는 처음으로 우주공간에서 날아온 돌덩이를 보게 됐죠. 

다음에 또 오게 된다면 이제는 충분히 손님맞이를 할 준비가 되었습니다."

 

Credit:ESO/K. Meech et al.

 

표2> 이 도표는 2017년 10월, 3일동안 관측된 호무아무아의 다양한 밝기 변화를 보여주고 있다.

약 2.5도에 달하는 폭넓은 밝기 변화는 이 천체가 매우 길쭉한 타원형의 독특한 형태를 갖추고 있으며 7.3시간을 주기로 자전하고 있음을 말해준다.

서로 다른 색깔로 나타나는 점들은 적외선에서 근적외선 대역까지 서로다른 필터를 이용한 측정치를 나타낸다. 

이 점들을 이은 선은 호무아무아가 10대 1 비율의 타원체일 경우 예상되는 빛의 곡선을 그린 것이다. 

이 선에서 나타나는 편차는 아마도 이 천체의 형태나 표면의 알베도가 일정치 않은데 기인한 것 같다.

 

각주 

 

[1] 판스타스 연구팀이 제안한 이 이름은 태양계 및 태양계 너머에 있는 천체들에게 공식명칭을 부여하는 권한을 지닌 국제천문연맹에 의해 그대로 수락되었다.

이 이름은 하와이식 이름으로서 이 이름에 대한 보다 상세한 내용은 다음의 링크를 참고하라

https://minorplanetcenter.net/mpec/K17/K17V17.html

IAU는 또한 별사이우주공간에서 유래한 소행성의 분류법도 만들었다. 

그리고 이 분류법에 따라 이 천체가 처음으로 별사이우주공간에서 유입된 손천체로 등록되었다. 

이에 따라 이 천체를 부르는 올바른 표기는 1I, 1I/2017 U1, 1I/호무아무아, 1I/2017 U1 (호무아무아) 이다. 

O 앞에 붙는 홀따옴표는 후음을 의미한다. 

따라서 이 이름은 '호무아무아'로 발음된다. 

새로운 천체로 분류되기 전에 이 천체에 할당되었던 등재명은 A/2017 U1 이었다. 

   

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Science Release  2017년 11월 20일자 

       http://www.eso.org/public/news/eso1737/

 

참고 : 호무아무아를 비롯한 우주의 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>

eso1737 — Science Release

ESO Observations Show First Interstellar Asteroid is Like Nothing Seen Before

VLT reveals dark, reddish and highly-elongated object

20 November 2017

For the first time ever astronomers have studied an asteroid that has entered the Solar System from interstellar space. Observations from ESO’s Very Large Telescope in Chile and other observatories around the world show that this unique object was traveling through space for millions of years before its chance encounter with our star system. It appears to be a dark, reddish, highly-elongated rocky or high-metal-content object. The new results appear in the journal Nature on 20 November 2017.

On 19 October 2017, the Pan-STARRS 1 telescope in Hawai`i picked up a faint point of light moving across the sky. It initially looked like a typical fast-moving small asteroid, but additional observations over the next couple of days allowed its orbit to be computed fairly accurately. The orbit calculations revealed beyond any doubt that this body did not originate from inside the Solar System, like all other asteroids or comets ever observed, but instead had come from interstellar space. Although originally classified as a comet, observations from ESO and elsewhere revealed no signs of cometary activity after it passed closest to the Sun in September 2017. The object was reclassified as an interstellar asteroid and named 1I/2017 U1 (`Oumuamua) [1].

“We had to act quickly,” explains team member Olivier Hainaut from ESO in Garching, Germany. “`Oumuamua had already passed its closest point to the Sun and was heading back into interstellar space.”

ESO’s Very Large Telescope was immediately called into action to measure the object’s orbit, brightness and colour more accurately than smaller telescopes could achieve. Speed was vital as `Oumuamua was rapidly fading as it headed away from the Sun and past the Earth’s orbit, on its way out of the Solar System. There were more surprises to come.

Combining the images from the FORS instrument on the VLT using four different filters with those of other large telescopes, the team of astronomers led by Karen Meech (Institute for Astronomy, Hawai`i, USA) found that `Oumuamua varies dramatically in brightness by a factor of ten as it spins on its axis every 7.3 hours.

Karen Meech explains the significance: “This unusually large variation in brightness means that the object is highly elongated: about ten times as long as it is wide, with a complex, convoluted shape. We also found that it has a dark red colour, similar to objects in the outer Solar System, and confirmed that it is completely inert, without the faintest hint of dust around it.”

These properties suggest that `Oumuamua is dense, possibly rocky or with high metal content, lacks significant amounts of water or ice, and that its surface is now dark and reddened due to the effects of irradiation from cosmic rays over millions of years. It is estimated to be at least 400 metres long.

Preliminary orbital calculations suggested that the object had come from the approximate direction of the bright star Vega, in the northern constellation of Lyra. However, even travelling at a breakneck speed of about 95 000 kilometres/hour, it took so long for the interstellar object to make the journey to our Solar System that Vega was not near that position when the asteroid was there about 300 000 years ago. `Oumuamua may well have been wandering through the Milky Way, unattached to any star system, for hundreds of millions of years before its chance encounter with the Solar System.

Astronomers estimate that an interstellar asteroid similar to `Oumuamua passes through the inner Solar System about once per year, but they are faint and hard to spot so have been missed until now. It is only recently that survey telescopes, such as Pan-STARRS, are powerful enough to have a chance to discover them.

“We are continuing to observe this unique object,” concludes Olivier Hainaut, “and we hope to more accurately pin down where it came from and where it is going next on its tour of the galaxy. And now that we have found the first interstellar rock, we are getting ready for the next ones!”

Notes

[1] The Pan-STARRS team’s proposal to name the interstellar objet was accepted by the International Astronomical Union, which is responsible for granting official names to bodies in the Solar System and beyond. The name is Hawaiian and more details are given here. The IAU also created a new class of objects for interstellar asteroids, with this object being the first to receive this designation. The correct forms for referring to this object are now: 1I, 1I/2017 U1, 1I/`Oumuamua and 1I/2017 U1 (`Oumuamua). Note that the character before the O is an okina. So, the name should sound like H O u  mu a mu a. Before the introduction of the new scheme, the object was referred to as A/2017 U1.

More information

This research was presented in a paper entitled “A brief visit from a red and extremely elongated interstellar asteroid”, by K. Meech et al., to appear in the journal Nature on 20 November 2017.

The team is composed of Karen J. Meech (Institute for Astronomy, Honolulu, Hawai`i, USA [IfA]) Robert Weryk (IfA), Marco Micheli (ESA SSA-NEO Coordination Centre, Frascati, Italy; INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Monte Porzio Catone, Italy), Jan T. Kleyna (IfA) Olivier Hainaut (ESO, Garching, Germany), Robert Jedicke (IfA) Richard J. Wainscoat (IfA) Kenneth C. Chambers (IfA) Jacqueline V. Keane (IfA), Andreea Petric (IfA), Larry Denneau (IfA), Eugene Magnier (IfA), Mark E. Huber (IfA), Heather Flewelling (IfA), Chris Waters (IfA), Eva Schunova-Lilly (IfA) and Serge Chastel (IfA).

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 and by Australia as a strategic partner. 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 and its world-leading Very Large Telescope Interferometer as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. ESO is also a major partner in two facilities on Chajnantor, APEX and ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre Extremely Large Telescope, the ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

Links

• Research paper in Nature
• Photos of the VLT

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