2I/보리소프(2I/Borisov) 혜성의 화학적 특성

 

CREDITS: NASA, ESA, K. Meech (University of Hawaii), and D. Jewitt (UCLA)

사진 1>
허블우주망원경이 촬영한 2I/보리소프(2I/Borisov) 혜성의 모습
위 아래의 선은 혜성을 추적하는 과정에서 배경의 별들이 만들어낸 궤적이다. 

 

허블우주망원경의 새로운 관측 결과에 따르면 별사이혜성 2I/보리소프(2I/Borisov)는 태양계 너머 외부 행성계의 기본 성분에 대한 정보를 제공해 주고 있다. 
보리소프는 다른 행성계에서 유입된 혜성으로는 처음으로 알려진 혜성이다. 

 

이 혜성은 우리 태양계 내에서 만들어진 혜성들과는 달리 일산화탄소를 대단히 많이 함유하고 있다. 
이 독특한 조성을 보건대 2I/보리소프 혜성은 차가운 적색난쟁이별 주위의 탄소가 풍부한 원반에서 만들어졌을 것으로 추정되고 있다. 

이번 관측은 태양이 아닌 다른 별 주위에서 원시원반을 구성하는 물질의 화학적 조성을 알 수 있는 최상의 기회였다. 

 

혜성은 별 주위를 휘감고 도는 원반 내의 가스와 얼음 먼지들이 응축되어 있는 천체이다. 
바로 이 원반에서 행성이 만들어지기도 한다. 
천문학자들은 행성이 만들어지는데 있어 별주위의 원시 원반물질들이 어떤 작용을 하는지 알기 위한 노력을 계속하고 있다.

이런 측면에서 혜성 연구는 중요성을 획득하고 있다. 

혜성은 또한 갓 태어난 행성들 사이에 유기 물질을 분배하는 기능을 하기도 한다. 
예를 들어 지구에 있는 물은 지구 생성 초기 혜성이 날라다 준 것으로 추정되고 있다.  
이번에 보리소프 혜성의 구성 성분 역시 이러한 작용들이 다른 행성계에서도 발생하고 있을 것임을 말해주고 있는 것이다. 

이번 연구에 참여했던 애리조나 대학 위성 및 행성 연구소(the Lunar and Planetary Laboratory at the University of Arizona)의 존 누난(John Noonan)은  우리 태양계에 외계혜성이 지나간다는 것은 외계행성 샘플을 우리 뒷마당에서 주을 수 있는 것과 같은 의미가 있다고 말했다. 

허블 연구팀은 오번 대학(Auburn University) 데니스 보드위츠(Dennis Bodewits)가 이끌고 있다. 
연구팀은 허블우주망원경의 독보적인 자외선 감지 능력을 이용하여 보리소프의 고체 혜성핵에서 일산화탄소 가스가 발생한다는 것을 분광분석을 통해 탐지해냈다. 

 

허블우주망원경에 장착된 우주기원분광측정기(Cosmic Origins Spectrograph, COS)는 2019년 12월 11일부터 2020년 1월 13일까지 네 번 이 혜성을 관측하였다. 
이를 통해 과학자들은 이 혜성의 화학적 조성이 빠른 변화를 보인다는 것을 알게 되었다. 

 

이 혜성은 일산화탄소와 산소, 물 등이 뒤섞인 얼음 혼합물들이 태양빛을 받아 기화되고 있었다. 
천문학자들은 이 외계 혜성의 코마와 가스가 둘러싸고 있는 핵에 상당히 많은 양의 일산화탄소 가스가 있다는 사실을 발견하고 놀라지 않을 수 없었다. 
일산화탄소 가스의 양은 물이 만들어내는 증기보다 최소 50%이상 더 많았던 것이다. 
이러한 수치는 우리 태양계에서 만들어진 혜성의 일반적인 수치와 비교하여 3배 이상 많은 수치였다. 
수분의 측정은 NASA의 닐 제럴스-스위프트 위성(Neil Gehrels-Swift satellite)에 의해 수행되었으며 관측은 허블 연구팀과 동시에 수행되었다. 

 

일산화탄소 얼음은 휘발성이 매우 높다. 
일산화탄소 얼음이 가열되는데는 그렇게 많은 태양빛이 필요하지 않다. 
그래서 쉽게 기체가 되어 혜성의 핵으로부터 빠져나가게 된다. 
따라서 일산화탄소가 기체가 되어 유출되는 현상은 태양으로부터 상당히 멀리 떨어진 거리인 176억 킬로미터 거리에서부터 시작된다. 
이 거리는 플루토가 태양으로부터 가장 멀리 떨어지는 지점의 두 배에 해당하는 거리이다. 

 

하지만 이와 달리 물얼음의 경우는 태양으로부터 3억 2천만 킬로미터 거리에 도달할 때까지 얼음 상태로 유지된다. 
이 거리는 소행성 벨트의 안쪽 모서리에 해당하는 거리이다. 

 

허블우주망원경의 측정치에 따르면 보리소프 혜성의 경우 일산화탄소 얼음의 일부는 혜성의 핵 안에 갇혀 있는 것으로 보인다. 

이는 태양의 열기가 물얼음층을 벗겨낼 때 파악되었다. 

 

보드위츠의 설명은 다음과 같다.
"우리 예상과는 달리 이 혜성이 태양으로부터 멀어질 때에도 일산화탄소의 양은 떨어지지 않았습니다. 
이는 우리가 이 혜성의 기본 층위를 보고 있다는 것을 의미하는 것이었습니다. 
이 층위야말로 이 혜성이 만들어진 곳을 반영하는 곳이었죠. 
상당한 양의 일산화탄소가 태양과 가장 가까운 지점을 통과하는데도 살아남았기 때문에 우리는 보리소프 혜성이 태양과는 완전히 다른 먼지 원반을 가진 곳에서, 그리고 훨씬 추운 곳에서 형성되었다고 생각하게 되었습니다."
 
과학자들에 따르면 태양으로부터 3억 2천만 킬로미터 거리 내에서는 항상 이 혜성의 표면에서 흘러나오는 물의 양이 일산화탄소보다 훨씬 많았다고 한다. 
우리 태양계에서 이와 비슷한 양상을 보인 혜성은 한 두 개에 지나지 않는다. 
보드위츠의 설명은 다음과 같다.
"허블우주망원경의 측정 결과들은 태양계에 있는 대부분의 혜성과는 들어맞지 않는 수치였습니다. 
보리소프가 우리에게 특별하게 다뤄지는 이유죠. 
보리소프는 바로 자신이 탄생한 행성계를 대표하는 사절단과 같은 천체인 것입니다."
 
과학자들은 보리소프 혜성이 미리내에서 가장 많은 비중을 차지하는 유형인 적색난쟁이별 주위에 형성된, 탄소를 풍부하게 함유하고 있는 얼음 잔해들로부터 흘러나왔을 것으로 추정하고 있다. 

 

적색난쟁이별은 태양보다 훨씬 희미하고 질량도 적은 별이다. 
따라서 이 별을 감싸고 있는 원시행성원반은 태양계의 그것보다 훨씬 더 차가울 것이다. 

 

누난은 보리소프혜성을 보듬어낸 별이 온도도 훨씬 낮고 광도도 훨씬 적을 것이며 바로 그러한 특성을 이 혜성의 조성에서 알아낼 수 있었다고 말했다. 

 

이 혜성은 아마도 자신이 행성계에서 목성 정도 크기를 가진 행성에 의해 밀려나왔을 것이다. 

과학자들은 많은 적색난쟁이별들이 거대한 행성을 거느리고 있을 것이며 이 행성들은 일산화탄소가 얼음의 형태로 존재할 수 있을만한 거리에 공전궤도를 형성하고 있을 것이라고 말했다. 
보드위츠는 목성 정도 크기의 행성과 조우하게 된다면 상당히 많은 혜성들이 행성계 바깥으로 밀려나게 된다고 말했다. 

 

보리소프 혜성은 2019년 8월 30일 크림반도의 별지기인 게나디 보리소프(Gennady Borisov)에 의해 발견되었다.  
이 혜성의 외양은 우리 태양계에서 만들어진 혜성과 닮았지만 천문학자들은 이 혜성의 궤도 계산을 통해 이 혜성이 태양계 너머 우주공간에서 유입된 것으로 판단했다. 

 

이 혜성의 발견이후 허블우주망원경을 포함한 많은 망원경들이 태양계를 가로질러가는 이 혜성을 추적하였다. 
보리소프 혜성은 결국 태양계를 벗어나 우주 공간을 가로지르는 자신의 여정을 계속하고 있다. 

 

보리소프 혜성은 진정 처음으로 우리 태양계를 방문한 외계혜성이다. 

 

외계혜성으로 태양계에 유입된 혜성으로 처음 알려진 혜성은 1I/호무아무아(1I/`Oumuamua)이다. 
이 혜성은 2017년 발견되었다. 

 

하지만 호무아무아는 일반적인 혜성과는 달리 코마로부터 분출되는 가스와 먼지가 목격되지 않았다. 
따라서 천문학자들은 이 혜성의 화학적 조성을 측정할만한 분광분석을 할 수 없었다. 

 

천문학자들은 태양계 너머에서 유입되는 혜성을 더 많이 찾기 위해 노력하고 있다. 

연구팀의 연구결과는 네이처 아스트로노미에 개재될 예정이다. 

출처 : 허블사이트 2020년 4월 20일 발표 뉴스
        https://hubblesite.org/contents/news-releases/2020/news-2020-26

 

참고 : 2I/보리소프를 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