우주망원경 스피어엑스, 외계 혜성서 물·유기물질 분출 포착

한국이 데이터 분석 주도…외계행성계 형성과 구성 단서 제공

우주망원경 스피어엑스가 지구-태양 두배 거리(1.8AU)에 있는 외계 성간 혜성으로부터 물(수증기)과 유기물질이 분출하는 모습을 포착, 분석 결과를 공개했다

한국천문연구원은 미항공우주국(NASA)이 공동 개발한 스피어엑스가 외계에서 온 성간혜성(3I/ATLAS) 관츨을 통해 물과 유기물질 방출도 포착했다고 9일 밝혔다.

연구팀은 지난해 8월 혜성 '3I/ATLAS'를 초기 관측하고, 같은 해 12월 후속 관측을 통해 비교 분석했다. 그 결과, 혜성 대기라 할 수 있는 코마에서 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 시안화물(CN), C-H 유기물 등의 유기분자가 검출됐다. 유기분자는 지구 생명체의 기초가 되는 물질이다.

스피어엑스가 성간 혜성 3I/ATLAS에서 관측한 주요 물질이 방출된 결과를 스펙트럼으로 나타낸 그림. 물은 수증기 형태로 나타나며 파랗게 보인다.(그림=한국천문연구원)

연구진은 또 혜성이 태양과 가장 가까워진 시점인 근일점 이후 약 두 달이 지난 뒤 밝기가 크게 증가했음을 확인했다. 이는 혜성이 물, 이산화탄소, 일산화탄소 등을 우주 공간으로 방출하면서 나타나는 전형적인 혜성 활동과 연관된 현상이다.

연구를 주도한 캘리 리스(Carey Lisse) 미국 존스홉킨스 응용물리연구소(APL) 박사는 “지난해 12월 이 혜성이 대규모 분출 활동을 일으키며 현저히 밝아졌다”며 “혜성에서 탄소가 풍부한 물질은 표면 깊은 곳의 물 얼음 안에 갇혀 있는데, 이 분출 활동을 통해 그 물질들이 대량으로 방출됐다”고 설명했다.

혜성은 태양에 접근하면서 온도가 올라갈 때, 표면의 얼음이 가열돼 액체 단계를 거치지 않고 바로 기체로 변하는 승화 과정을 겪는다. 이 과정에서 방출된 가스는 혜성 핵을 둘러싼 대기인 코마를 형성한다. 다만 태양의 열이 혜성 내부로 전달되는 데 시간이 걸리기 때문에 가장 활발한 물질 방출은 근일점 이후에 나타날 수 있다. 혜성 3I/ATLAS 역시 이런 특성을 보인 사례로 분석된다.

스피어엑스는 지난해 8월 관측에서 이산화탄소가 풍부하고 소량의 일산화탄소와 물을 포함한 코마를 확인했다. 12월 관측에서는 더 활발하고 다양한 성분의 코마가 관측됐으며, 특히 이산화탄소 대비 일산화탄소 양이 증가한 것으로 보인다.

물과 이산화탄소 같은 성분들은 지상망원경으로는 대기의 영향으로 관측하기 힘들다. 더욱이 스피어엑스 같은 광시야각 관찰로만 볼수 있다.

이 연구에서 데이터 처리와 계산 등에서 주도적인 역할을 한 박윤수 한국천문연구원 선임연구원은 “스피어엑스가 우주 전반에 대한 전례 없는 데이터를 수집하고 있는데, 이번에는 발사 후 불과 몇 달 만에 성간 기원의 물체가 우리 태양계로 들어왔고, 스피어엑스는 이를 즉시 관측할 준비가 돼 있었다”며 “과학은 때로 이렇게 적절한 순간, 적절한 장소에서 진전된다”고 말했다.

우주망원경 스피어엑스 구성도.(그림=천문연)

연구팀은 이번 관측자료를 바탕으로 과거 등 추가 관측자료들을 모아 시간에 따른 물리적, 화학적 구성성분 변화를 분석하고, 이를 통해 태양계 혜성과 성간 혜성 간 공통점과 차이점을 비교, 외계 행성계와 지구 형성 과정을 밝히는 연구를 지속해나갈 계획이다.

연구성과는 지난 3일 미국천문학회 연구 노트(Research Notes of the American Astronomical Society)에 게재됐다.

한편 스피어엑스는 지난해 3월 발사된 전천 탐사 우주망원경이다. 고도 650km에서 하루 98분주기로 태양동기궤도를 14.5바뀌 돌며, 하루 600회 우주를 관측한다.  NASA 제트추진연구소(JPL)가 총괄한다. 

한국천문연구원은 전체 예산의 5%인 150억 원을 투입했다. 캘리포니아공과대학이 운영하는 데이터 센터(IPAC)에서 데이터 처리와 아카이브를 담당한다. 과학 분석에는 한국천문연구원을 포함해 미국, 한국, 대만 등 13개 기관의 연구진이 참여하고 있다. 관측 데이터는 전 세계 연구자와 일반 대중에게 무료로 공개된다.