태양계 안팎 혜성 대기서 철·니켈 등 중금속 원소 첫 확인

2021.05.21 09:31
중금속 기체 승화 어려운 차가운 우주환경 혜성서는 처음

중금속 기체 승화 어려운 차가운 우주환경 혜성서는 처음

 


혜성 'C/2016 R2' 대기서 포착된 철과 니켈 원소의 분광적 특성
 
[ESO/L. Calcada, SPECULOOS Team/E. Jehin, Manfroid et al. 제공/ 재판매 및 DB 금지]

혜성의 핵을 둘러싼 대기에서 철(Fe)과 니켈(Ni) 등의 중금속 원소가 태양에서 멀리 떨어진 혜성에서 처음으로 확인됐다.

 

혜성의 핵에 중금속 원소가 포함된 점은 알려져 있었지만 낮은 온도에서는 기체로 '승화'하지 않아 태양과 떨어진 곳의 혜성 대기에서는 이런 중금속 원소가 발견될 것으로 예견되지 않았다.

 

특히 태양계 밖에서 온 혜성의 대기에서도 니켈 증기가 확인돼 태양계 내 혜성과 공통점을 보였다.

 

유럽남방천문대(ESO)에 따르면 벨기에 리에주대학의 천문학자 장 망프루아가 이끄는 연구팀은 ESO의 초거대망원경(VLT)에 장착된 '자외선·가시광 에셸 분광기'(UVES) 자료로 혜성의 대기 성분을 분석해 철과 니켈 원소를 찾아낸 결과를 과학 저널 '네이처'(Nature)에 발표했다.

 

망프루아 연구팀은 VLT로 지난 20년 가까이 혜성을 관측해 왔지만, 태양에 근접하지 않은 혜성에서 중금속 원소를 확인한 것은 이번이 처음이다.

 

연구팀은 UVES 혜성 관측 자료에서 약하지만, 미확인 분광선을 찾아냈으며, 정밀분석을 통해 철과 니켈 원자의 존재를 나타내는 것이라는 점을 확인했다.

 

연구팀은 혜성 대기의 물 100㎏에 철과 니켈이 각각 약 1g 정도만 존재할 정도로 미미해 그간 포착되지 않은 것으로 분석했다.

 

망프루아 연구원은 "지난 20년간 우리가 관측한 약 20개의 혜성 모두에서 철과 니켈이 포착돼 깜짝 놀랐다"면서 "태양에서 멀리 떨어져 차가운 우주 환경에 있는 혜성에서도 이런 중금속 원소가 포착됐다"고 설명했다.

 

중금속 원소를 가진 기체는 별에 근접한 초고온 외계행성이나 태양에 바짝 붙어서 지나가는 혜성에서 포착되지만, 연구팀은 지구~태양 거리의 세 배가 넘는 약 4억8천만㎞ 떨어진 혜성의 대기에서도 철과 니켈 원소를 포착한 것으로 밝혔다.

 

이와함께 태양계 내 천체에서는 철과 니켈이 약 10대 1의 비율로 존재하는 것과 달리 혜성의 대기에서는 두 원소의 비율이 대등한 것으로 나타났다.

 

연구팀은 이런 중원소가 혜성 핵의 특별한 물질에서 나왔으며, 상당히 낮은 온도에서 기체로 승화하면서 같은 비율로 만들어진 것으로 분석했으나 이 물질의 정체에 관해서는 밝혀내지 못했다.

 

연구팀은 ESO의 차세대 망원경인 '극대망원경'(ELT)에 장착될 '중(中) 적외선 이미저 및 분광기'(METIS) 등과 같은 천문 관측기술의 발전을 통해 이를 규명할 수 있을 것으로 기대했다.

 


성간 혜성 보리소프'(2I/Borisov) 실제 이미지
 
태양계에서 두 번째로 확인된 성간천체 '보리소프'. 제미니 다천체분광기로 촬영한 이미지로 청색과 붉은색 컬러띠는 주변의 별. 노출시간이 60초로 혜성이 움직이면서 주변 별이 띠 형태로 포착됐다. [제니미천문대/NSA/AURA 제공]

폴란드 야기에우워대학의 표트르 구지크 연구원이 이끄는 연구팀은 네이처를 통해 같이 발표한 별도의 논문에서 태양계 밖에서 온 성간 혜성 '보리소프'(2I/Borisov) 대기에서도 니켈 원소가 확인됐다고 밝혔다.

 

연구팀은 태양에서 약 3억㎞ 떨어진 곳의 보리소프 대기를 VLT의 'X-슈터(shooter)' 분광기로 포착한 자료에서 니켈 원소를 찾아냈다.

 

논문 공동 저자 미찰 드라후스 박사는 이번 연구 결과는 보리소프와 태양계 혜성이 생각했던 것보다 더 많은 공통점을 갖고 있다는 점을 보여주고 있다고 했다.

 

연합뉴스

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