속도가 증가하고 있는 호무아무아(`Oumuamua)

 

 

Credit:ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser

 

사진 1> 이 상상화는 태양계너머에서 유입된 혜성으로는 태양계에서 처음으로 발견된 호무아무아를 그린 것이다.

ESO VLT와 허블우주망원경을 비롯한 여러 망원경을 이용하여 관측한 결과 호무아무아는 예상보다 빠른 속도로 태양계를 벗어나고 있는 것으로 밝혀졌다.

천문학자들은 태양열로 인해 이 혜성의 표면에서 물질이 분출되고 있고, 이 분출물질이 혜성의 속도를 증가시키는 것으로 추정하고 있다.

이 상상화에서는 이 분출물질을 태양을 향하고 있는 면쪽에서 뿜어져나오는 미묘한 구름처럼 묘사하고 있다.

가스의 분출은 혜성에서 볼 수 있는 전형적인 현상이기 때문에 천문학자들은 호무아무아를 소행성으로 분류했던 이전의 결정이 잘못된 것으로 생각하고 있다. 

 

호무아무아는 태양계너머에서 태양계로 유입된 첫번째 천체이며 예상보다 빨리 태양으로부터 벗어나고 있다.

이 천체의 이례적인 움직임은 ESO VLT를 포함한 전지구적인 협력체계를 맺고 있는 여러 관측소에 의해 탐지되었다.

이번 관측 결과는 호무아무아가 단순한 소행성이 아니라 별사이 우주공간에서 유입된 혜성임을 말해주고 있다.

이번 연구 결과는 네이처 지에 발표되었다.

 

태양계 너머에서 유입된 혜성으로서는 처음으로 발견된 호무아무아는 2017년 10월 발견된 이래 강도높은 관측을 받는 천체가 되었다.[1]

천문학자들로 구성된 국제 연구팀은 ESO VLT 및 여러 천문대의 관측 데이터를 종합하여 이 천체가 예상보다 훨씬 빠르게 이동하고 있음을 알게되었다.

 

ESA 마르코 미첼리(Marco Micheli)가 이끄는 연구팀은 이 천체의 예상보다 빠른 속도를 설명하기 위해 몇 가지 시나리오를 상정했다.

여기서 가장 그럴듯한 시나리오는 태양열에 가열되어 표면으로부터 뿜어져나오는 가스들에 의해 호무아무아가 추진력을 얻는다는 것이다.[2]

 

이렇게 뿜어져나오는 물질들에 의한 추진력은 대단히 미미하지만 지속적인 외력을 가하여 호무아무아가 예상보다 빠른 속도로 태양계를 지나가게 만드는 것으로 추정되고 있다. 

 

2018년 6월 1일 현재 호무아무아는 대략 시속 114,000 킬로미터의 속도로 이동하고 있다.

 

가스의 분출은 혜성에게는 일반적으로 나타나는 현상이며 호무아무아가 별사이우주공간에서 날아온 소행성이라는 이전의 분류와는 모순되는 현상이다.

 

마르코 미첼리의 설명은 다음과 같다.

"우리는 호무아무아가 아주 작고 괴상한 혜성이라 생각합니다.

수집된 데이터를 보면 이 천체는 태양으로부터 멀어질수록 추진력도 점점 작아지는 양상을 보여주고 있습니다.

이는 혜성에서 나타나는 전형적인 현상이죠."

 

대개 혜성이 태양에 의해 가열되면 먼지와 가스가 뿜어져나오며 이렇게 뿜어져나온 먼지와 가스는 코마라고 불리는 구름을 형성하게 된다. 

또한 이렇게 뿜어져나온 물질들은 혜성의 특징이 되는 꼬리도 만든다.

 

그러나 연구팀은 호무아무아에서는 가스분출을 말해주는 일체의 가시적 증거를 발견하지 못했다.

 

이번 논문의 공동저자이자 2017년 호무아무아의 특징을 발견하는데 선구적인 역할을 수행한 하와이대학 캐런 미치(Karen Meech)의 설명은 다음과 같다.

"우리는 이 천체에서 먼지나 코마, 꼬리와 같은 것은 전혀 보지 못했습니다. 

우리는 호무아무아가 특이하게도 입자가 크고 거친 먼지 알갱이를 분출하고 있는 것으로 생각하고 있습니다."

 

연구팀은 호무아무아의 표면을 뒤덮고 있던 작은 먼지 알갱이들이 우주공간을 가로지르는 오랜 시간동안 쓸려 나가 지금은 비교적 큰 먼지 알갱이들만 남아 있는 것으로 추정하고 있다.

비록 크기는 더 크지만 감지될만큼 충분히 밝지는 않은 이 먼지 알갱이들이 호무아무아의 예상치 못한 속도 변화의 원인일 수도 있다.

 

호무아무아는 가설상의 먼지 분출이라는 풀리지 않고 있는 수수께끼뿐 아니라 별사이우주공간에서 기원한 천체라는 특성도 가지고 있다.

연구팀은 원래 호무아무아의 경로를 정확하게 측정하여 이 천체가 유래한 행성계가 어디인지를 추정하기 위한 관측을 진행했었다.

그러나 이번 결과는 이 천체가 어디에서 왔는지를 알아내는 것이 그닥 쉬운 일이 아님을 증명해주고 있다.

 

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

"유랑을 계속하고 있는 이 수수께끼 천체의 기원은 여전히 미스테리로 남아있게 될 것 같습니다.

호무아무아는 최근 속도가 증가하고 있는 양상이 관측되었는데 이는 이 천체의 궤도를 예측하여 과연 어느 별에서 이 천체가 만들어졌는지를 추측하기 더욱더 어렵게 만들고 있습니다."

 

 

Credit:ESA

 

사진2> 이 표는 태양계를 가로질러가는 호무아무아의 경로를 보여주고 있다.

이 표에는 호무아무아의 예정경로와 함께 새로 측정된 속도의 변화도 보여주고 있다.

호무아무아는 2018년 5월 초 목성 궤도에 해당하는 거리를 통과하였으며 2019년 1월에는 토성 궤도에 해당하는 거리를 통과하게 된다.

2020년 8월에는 천왕성 궤도에 해당하는 거리를 통과하게 되고 2024년 6월에 해왕성 궤도 거리를 통과하게 된다.

호무아무아는 2025년 후반에 카이퍼벨트의 외곽지역에 도달하게 될 예정이며 태양계의 모서리인 태양권경계면에는 2038년 11월에 도달하게 된다.

 

 

각주 

[1] 호무아무아는 하와이 할레아칼라 천문대의 판스타스 망원경에 의해 발견되었다.

호무아무아라는 이름은 하와이어로 "척후"를 의미하는데 이는 태양계 너머에서 처음으로 태양계로 유입된 천체라는 이 천체의 특성을 반영한 이름이다.

최초 관측 결과는 이 천체가 타원형의 가느다란 천체이고 그 색깔은 일반적인 혜성과 동일한 것으로 나타났다.

 

[2] 연구팀은 예상치 않은 속도변화를 설명하기 위해 몇가지 가설을 검증했다.

연구팀은 야코프스키효과(the Yarkovsky effect)로 알려져 있는 태양복사압력에 의한 영향 또는 관측내역을 설명할 수 있는 마찰효과가 있을지를 분석하였다.

연구팀은 또한 충돌과 같은 외부자극 사건에 의한 가능성도 검증하였다. 

여기에는 호무아무아가 양극성 형태를 가진 천체인지, 자화되어 있는 천체인지 여부도 고려되었다.

호무아무아가 외계에서 유입된 우주선이라는 가설은 하기와 같은 사유로 부정되었다.

지속적이고 점진적인 속도의 변화는 추진체가 달린 인공천체에서는 일반적인 현상이 아니며, 이 천체는 3개 축을 기준으로 모든 방향으로 회전을 하고 있었는데 이 역시 인공천체에는 부합되지 않는 현상이다.

 

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Science Release  2018년 6월 27일자 

       http://www.eso.org/public/news/eso1820/

 

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>

eso1820 — Science Release

ESO’s VLT Sees `Oumuamua Getting a Boost

New results indicate interstellar nomad `Oumuamua is a comet

27 June 2018

`Oumuamua, the first interstellar object discovered in the Solar System, is moving away from the Sun faster than expected. This anomalous behaviour was detected by a worldwide astronomical collaboration including ESO’s Very Large Telescope in Chile. The new results suggest that `Oumuamua is most likely an interstellar comet and not an asteroid. The discovery appears in the journal Nature.

`Oumuamua — the first interstellar object discovered within our Solar System — has been the subject of intense scrutiny since its discovery in October 2017 [1]. Now, by combining data from the ESO’s Very Large Telescope and other observatories, an international team of astronomers has found that the object is moving faster than predicted. The measured gain in speed is tiny and `Oumuamua is still slowing down because of the pull of the Sun — just not as fast as predicted by celestial mechanics.

The team, led by Marco Micheli (European Space Agency) explored several scenarios to explain the faster-than-predicted speed of this peculiar interstellar visitor. The most likely explanation is that `Oumuamua is venting material from its surface due to solar heating — a behaviour known as outgassing [2]. The thrust from this ejected material is thought to provide the small but steady push that is sending `Oumuamua hurtling out of the Solar System faster than expected — as of 1 June 2018  it is traveling at roughly 114 000 kilometres per hour.

Such outgassing is a behaviour typical for comets and contradicts the previous classification of `Oumuamua as an interstellar asteroid. “We think this is a tiny, weird comet,” commented Marco Micheli. “We can see in the data that its boost is getting smaller the farther away it travels from the Sun, which is typical for comets.”

Usually, when comets are warmed by the Sun they eject dust and gas, which form a cloud of material — called a coma — around them, as well as the characteristic tail. However, the research team could not detect any visual evidence of outgassing.

“We did not see any dust, coma, or tail, which is unusual,” explained co-author Karen Meech of the University of Hawaii, USA. Meech led the discovery team’s characterisation of `Oumuamua in 2017.  “We think that ‘Oumuamua may vent unusually large, coarse dust grains.”

The team speculated that perhaps the small dust grains adorning the surface of most comets eroded during `Oumuamua’s journey through interstellar space, with only larger dust grains remaining. Though a cloud of these larger particles would not be bright enough to be detected, it would explain the unexpected change to ‘Oumuamua’s speed.

Not only is `Oumuamua’s hypothesised outgassing an unsolved mystery, but also its interstellar origin. The team originally performed the new observations on `Oumuamua to exactly determine its path which would have probably allowed it to trace the object back to its parent star system. The new results means it will be more challenging to obtain this information.

“The true nature of this enigmatic interstellar nomad may remain a mystery,” concluded team member Olivier Hainaut, an astronomer at ESO. “`Oumuamua’s recently-detected gain in speed makes it more difficult to be able to trace the path it took from its extrasolar home star.”

Notes

[1]`Oumuamua, pronounced “oh-MOO-ah-MOO-ah”, was first discovered using the Pan-STARRS telescope at the Haleakala Observatory, Hawaii. Its name means “scout” in Hawaiian, and reflects its nature as the first known object of interstellar origin to have entered the Solar System.  The original observations indicated it was an elongated, tiny object whose colour were similar to that of a comet.

[2] The team tested several hypothesis to explain the unexpected change in speed. They analysed if solar radiation pressure, the Yarkovsky effect, or friction-like effects could explain the observations. It was also checked if the gain in speed could have been caused by an impulse event (such as a collision), by `Oumuamua being a binary object or by `Oumuamua being a magnetised object.  The unlikely theory that `Oumuamua is an interstellar spaceship was also rejected: the facts that the smooth and continuous change in speed is not typical for thrusters and that the object is tumbling on all three axis speak against it being an artificial object.

More information

The research team’s work is presented in the scientific paper “Non-gravitational acceleration in the trajectory of 1I/2017 U1 (`Oumuamua)”, which will be published in the journal Nature on 27 June 2018.

The international team of astronomers in this study consists of Marco Micheli (European Space Agency & INAF, Italy), Davide Farnocchia (NASA Jet Propulsion Laboratory, USA), Karen J. Meech (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Marc W. Buie (Southwest Research Institute, USA), Olivier R. Hainaut (European Southern Observatory, Germany), Dina Prialnik (Tel Aviv University School of Geosciences, Israel), Harold A. Weaver (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, USA), Paul W. Chodas (NASA Jet Propulsion Laboratory, USA), Jan T. Kleyna (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Robert Weryk (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Richard J. Wainscoat (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Harald Ebeling (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Jacqueline V. Keane (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Kenneth C. Chambers (University of Hawaii Institute for Astronomy, USA), Detlef Koschny (European Space Agency, European Space Research and Technology Centre, & Technical University of Munich, Germany), and Anastassios E. Petropoulos (NASA Jet Propulsion Laboratory, USA).

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It has 15 Member States: Austria, Belgium, 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 with 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

• Images of Hubble
• Hubblesite release
• ESA/Hubble press release
• Institute for Astronomy (University of Hawaii) press release
• Canada-France-Hawaii Telescope press release
• European Space Agency press release
• TED talk by Karen Meech
• Nature Blog post by Olivier Hainaut
• Science paper
• Press release about the discovery of `Oumuamua

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