거의 1년 전, 전 세계의 천문학자들은 태양계를 고속으로 통과하는 밝은 빛의 지점, 즉 혜성 3I/ATLAS에 많은 망원경의 초점을 맞췄습니다. 이것은 태양계에서 인간이 관측한 세 번째 성간 물체였습니다. 다음 몇 달 동안의 관찰에서 연구자들은 직경 2.6km의 물체가 시속 221,000km의 속도로 태양계를 가로질러 이동하고 있음을 측정했습니다.

핵심 질문은 아직 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다. 3I/ATLAS는 어디에서 왔으며, 더 정확하게는 우주의 몇 시대에 탄생했습니까?


혜성 3I/ATLAS에 대한 예술가의 인상. 이미지 출처: NSF/AUI/NSF NRAO/M.Weiss

6월 22일 "Nature"에 발표된 연구는 3I/ATLAS가 120억년 전에 형성되었다는 답을 제공합니다. 과학 연구팀은 NASA의 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 이용하여 혜성의 화학적 구성을 정확하게 파악하고, 혜성이 초기 우주의 은하수 별 형성 지역에서 탄생했다는 사실을 확인했습니다. 이 발견은 다른 행성계의 구성과 그것이 우리와 어떻게 다른지를 엿볼 수 있게 해줍니다.

미국 미시간주립대 대릴 셀리그먼 교수는 성간 물체의 화학적 조성을 정밀하게 분석하는 것은 “천문학자들이 오랫동안 꿈꿔온 일”이라고 말했다. 미래에 더 유사한 천체에 대해 유사한 관측이 수행될 수 있다면 "성간 혜성에 대한 우리의 이해는 물론 별과 행성 형성의 전체 과정까지 완전히 다시 쓸 것입니다."

새로 태어난 별 주변의 먼지와 가스가 모여 행성을 형성하고, 남은 잔해들은 빠른 속도로 모성계 밖으로 배출됩니다. 3I/ATLAS는 "Asteroid Impact Final Warning System(ATLAS)"에 의해 처음 발견되었습니다. 과학자들의 호기심을 자극한 최초의 성간 침입자는 아니지만 현재까지 가장 크고 밝습니다. 이전 두 개의 성간 물체는 2017년에 발견된 1I/오무아무아와 2019년에 발견된 2I/보리소프였습니다. 둘 다 밝기가 약하고 둘 다 직경이 1km 미만이었습니다.

논문의 제1저자이자 교신 저자이자 NASA의 고다드 우주 비행 센터인 Martin Cordiner는 3I/ATLAS가 매우 밝기 때문에 이상적인 관측 대상이 된다고 말했습니다. 코디너팀은 2025년 12월 JWST를 사용해 이틀 연속 혜성을 관측해 총 71분간의 관측 데이터를 수집했다. 망원경은 혜성의 기체 혼수상태에서 방출되는 적외선을 서로 다른 파장의 수천 개의 스펙트럼으로 분해하여 고유한 화학적 "지문"을 해독합니다.

"관찰 전에는 어떤 결과가 나올지 예측할 수 없었습니다." Cordiner는 말했지만 그는 곧 태양계의 기존 혜성 및 소행성과 비교할 때 3I/ATLAS가 "약간 다르지 않지만 완전히 다른 구성 특성을 가지고 있다"는 것을 깨달았습니다.

3I/ATLAS는 햇빛에 의해 가열된 후 수증기, 일산화탄소, 이산화탄소는 물론 니켈과 철과 같은 금속 증기까지 방출합니다. 고대 기원을 완전히 드러내는 두 가지 동위원소 특성이 있습니다. 동위원소는 양성자 수는 같고 중성자 수는 다른 동일한 원소의 원자입니다.

첫째, 혜성의 탄소-12 대 탄소-13 비율은 태양계의 어떤 천체보다 훨씬 높습니다. 우주에서는 무거운 별들의 격렬한 폭발이 계속해서 탄소 13을 축적하게 됩니다. 3I/ATLAS의 극히 낮은 탄소 13 함량은 이 3I/ATLAS가 아직 많은 수의 별들이 초신성 폭발 단계로 진화하지 않은 초기 우주에서 태어났음을 나타냅니다.

둘째, 이 혜성은 반중수(semi-heavy water)가 풍부합니다. 즉, 물 분자의 일부 수소 원자가 하나의 추가 중성자를 운반합니다. 이러한 유형의 물 분자는 초기 우주의 저온 및 거대한 별 형성 지역에 널리 퍼져 있는 강한 방사선 환경에서 생성될 가능성이 더 높습니다.

뉴질랜드 캔터베리 대학의 미셸 배니스터(Michele Bannister)는 이전에 연구자들은 3I/ATLAS의 궤도와 속도에만 의존하여 30억에서 110억 년 사이의 나이를 추정했다고 말했습니다. 이제 독립적인 화학 동위원소 증거를 통해 이 천체가 고대 우주에서 유래했다는 결론이 기본적으로 확인되었습니다. "이것은 태양계보다 오래되었으며 현재 인간이 관측하는 혜성 중 가장 오래된 혜성입니다."

독일 율리히 슈퍼컴퓨팅 센터의 수잔 팔츠너(Susanne Pfalzner)는 "이 혜성이 '우주의 장로'라는 사실은 빅뱅 이후 불과 20억년 후에 행성의 기본 물질이 이미 나타났음을 증명하는 것"이라고 덧붙였다. 그녀는 가장 강력한 망원경이라도 고대 항성계에 있는 혜성 크기의 물체를 직접 관찰할 수는 없다고 말했습니다. "멀리서 보이는 이 성간 물체는 이 진화 단계의 진정한 존재를 증명하는 유일한 물리적 증거입니다."

현재 인간이 발견한 성간 물체는 3개뿐이지만, 셀리그먼은 "은하계에 성간 물체가 엄청나게 많고 계속해서 태양계를 침범할 것"이라는 사실을 보여주기에 충분하다고 믿고 있다. 과학 연구자들은 베라 C. 루빈 천문대가 10년간의 전천측량을 시작한 후 50명 이상의 성간 방문객을 발견할 것으로 예상하고 있습니다. NASA가 이르면 2027년에 시작할 계획인 NASA의 지구 근접 물체 조사 임무도 이러한 성간 방문자를 탐지하는 인류의 능력을 크게 향상시킬 것입니다.

3I/ATLAS의 현재 새로운 관측 결론은 천문학자들에게 다른 행성계의 물질 구성과 형성 환경을 판단하기 위한 가장 완전한 참고 자료를 제공합니다.

"우리는 항상 태양계가 은하계에서 독특하다고 생각합니다. 또한 태양계는 인류가 거주할 수 있는 조건을 갖춘 유일한 행성계이기도 합니다. 하지만 추가로 성간 물체를 관찰할 때마다 거주 가능한 행성이 탄생하고 우주의 다른 지역에서 생명체가 자랄 수 있는 가능성이 얼마나 더 명확하게 알 수 있습니다." 코디네이터가 말했다.

관련논문정보 : https://doi.org/10.1038/s41586-026-10771-6