성간 혜성 3I/ATLAS가 극도로 추운 깊은 우주에서 탄생했을 수도 있습니다.

태양계 외부에서 온 희귀한 혜성은 천문학자들에게 태양계와 완전히 다른 환경에서 태어난 "외계" 행성계가 어떤 모습인지 볼 수 있는 희귀한 창을 제공하고 있습니다. 3I/ATLAS라는 이름의 이 물체는 약 1년 전에 우리 태양계를 여행하면서 발견되었습니다. 과학자들은 아직 이 혜성이 정확히 어디에서 유래했는지 알지 못하지만, 미시간 대학이 주도한 새로운 연구에 따르면 이 혜성은 우주의 비정상적으로 추운 지역에서 형성되었을 가능성이 가장 높습니다.

이번 연구는 '자연 천문학(Nature Astronomy)' 최신호에 게재됐다. 핵심 발견은 3I/ATLAS에 포함된 물에는 비정상적으로 높은 중수소(중수소) 함량이 특징인 "중수"라고 불리는 특별한 종류의 물 분자가 풍부하다는 것입니다. 이번 연구는 미국 국립과학재단과 칠레 국립과학연구개발청 등으로부터 자금 지원을 받았다. 연구팀은 이러한 특별한 동위원소 비율을 통해 과학자들이 은하수 내 다른 행성계의 형성 조건에 대해 전례 없는 화학적 '역추론'을 수행할 수 있다고 지적했다.

물 분자는 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 구성되어 있으며 화학식은 H2O입니다. 일반 물에서 수소 원자는 단 하나의 양성자를 포함합니다. 수소의 더 무거운 동위원소인 중수소는 핵에 양성자와 중성자를 모두 가지고 있습니다. 연구진은 3I/ATLAS에 있는 물 분자의 상당 부분이 중수소를 함유한 중수인 "중수소수"라는 사실을 발견했습니다. 중수는 지구와 태양계 전체의 혜성에서 발견되지만 3I/ATLAS의 양은 이전 관측치보다 훨씬 많습니다.

논문 제1저자이자 미시간대학교 천문학과 박사과정 학생인 루이스 살라자르 만자노(Luis Salazar Manzano)는 “이 혜성의 중수와 일반 수소의 중수소 비율은 다른 행성계와 행성 혜성에서 볼 수 있는 것보다 높다”고 말했다. 연구에 따르면 3I/ATLAS 물의 중수소/수소 비율은 태양계의 어떤 혜성에서 측정된 것보다 약 30배 더 크고, 지구의 해양에서 발견되는 것보다 약 40배 더 크다는 것을 보여줍니다. 이 극단적인 비율은 태양계가 매우 추운 환경에서 형성되었으며 태양계가 젊었을 때 지역 환경보다 훨씬 낮은 방사선 수준을 받았음을 시사합니다.

과학 연구팀은 물 속의 중수소/수소 등 화학적 비율이 혜성과 행성의 형성 조건을 이해하는 데 중요한 '지문'이라고 지적했다. 연구진은 3I/ATLAS의 화학적 특성을 태양계 물체와 비교한 후 이 혜성이 온도가 더 낮고 방사선이 약한 성간 지역에서 탄생했을 가능성이 높다고 결론지었습니다. "이것은 우리 태양계 형성에 기여한 조건이 우주의 보편적인 템플릿이 아니라는 것을 증명합니다." 논문의 공동 리더 중 한 명이자 미시간 대학교 천문학 조교수인 테레사 파네케-카레뇨(Teresa Paneque-Carreño)는 "이것은 당연한 것처럼 들릴지 모르지만 과학에서 겉보기에 '명백한' 판단은 데이터를 통해 하나씩 확인되어야 한다"고 지적했습니다.

성간 방문자에 대한 상세한 화학적 분석을 수행하려면 행운도 중요합니다. 첫째, 3I/ATLAS는 천문학자들이 주요 망원경의 관측 시간을 제때 포착할 수 있도록 태양계 내에서 충분히 일찍 발견되어야 합니다. 초기 확인을 마친 후 Salazar Manzano와 그의 팀은 미국 애리조나주 MDM 천문대 관측 시간 신청에 성공했으며, 그곳에서 혜성에서 방출되는 가스의 초기 징후 중 일부를 포착했습니다.

그런 다음 그는 칠레의 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 망원경을 사용하여 분자 구성 연구를 전문으로 하는 Panek-Carreño와 협력했습니다. ALMA는 일반 물과 중수 사이의 약한 신호 차이를 구별할 수 있을 만큼 민감해 연구팀이 둘 사이의 비율을 직접 계산할 수 있다. 과학자들은 성간 물체에 대해 이러한 미세한 물 동위원소 분석이 성공적으로 수행된 것은 이번이 처음이라고 강조합니다.

Salazar Manzano는 “미시간 대학교에 있으면서 이러한 시설에 접근할 수 있는 것이 이 일을 가능하게 하는 열쇠입니다.”라고 말했습니다. 그는 팀원들이 여러 분야에서 풍부한 경험과 상호 보완적인 강점을 갖고 있기 때문에 다양한 관찰 데이터를 효율적으로 통합하고 테스트를 견딜 수 있는 물리적 설명을 제공할 수 있다고 말했습니다.

지금까지 천문학계는 태양계에서 성간 방문객을 단 3명만 확인했는데, 그 중 하나가 3I/ATLAS입니다. 연구원들은 이번 연구가 관측 조건이 허락하는 한 성간 물체에 대한 화학적 '물리적 조사'가 미래에 완전히 가능하다는 것을 보여주고 있으며, 이는 은하계의 다양한 행성계의 형성 과정을 이해하는 데 새로운 창을 열 것이라고 믿습니다. 차세대 하늘 조사 시설이 온라인화됨에 따라 성간 방문객의 발견도 크게 늘어날 것으로 예상됩니다.

Panek-Carreño는 또한 어두운 밤하늘을 보호하고 빛공해를 줄이는 것의 중요성이 나날이 커지고 있음을 강조했습니다. 충분히 맑고 어두운 하늘 배경이 있어야만 천문학자들은 깊은 우주에서 이러한 약한 신호를 계속해서 포착할 수 있습니다.