태양계를 떠난 혜성이 남긴 단서, 알코올

60km/s로 떠난 손님이 남긴 것

지금 이 순간, 태양계 밖으로 빠져나가고 있는 천체가 있다. 속도는 초속 60킬로미터. 지구에서 달까지 거리를 약 6초 만에 주파하는 속도다. 3I/Atlas라는 이름의 이 혜성은 인류가 확인한 세 번째 성간 천체다. 그런데 과학자들이 그 뒤를 분석하다 예상치 못한 것을 발견했다. 알코올이었다.

칠레 아타카마 사막의 ALMA 망원경이 포착한 데이터에 따르면, 3I/Atlas의 코마(혜성 핵 주변을 둘러싼 가스 구름)에는 메탄올이 비정상적으로 풍부하게 들어 있었다. 태양계 혜성에서 발견되는 일반적인 수준보다 최대 4배에 달하는 양이다. 메탄올은 연료나 용제로 쓰이는 알코올의 일종으로, 혜성에서 발견되는 것 자체는 드문 일이 아니다. 하지만 이 정도 농도는 처음이다시피 하다.

현재 arXiv에 공개된 이 연구(아직 동료 심사 중)에 따르면, 3I/Atlas는 지금까지 측정된 혜성 중 메탄올 함량이 두 번째로 높다. 1위는 2016년 발견된 C/2016 R2로, 이 혜성 역시 태양계 안에서 형성됐지만 극히 이례적인 조성을 가진 것으로 알려져 있다. 연구팀은 이산화탄소, 철, 질소 등 다른 유기 화합물도 높은 농도로 검출됐다고 밝혔다.

'과잉 활성 혜성'이라는 단서

이 혜성이 흥미로운 이유는 메탄올 농도만이 아니다. 연구팀은 3I/Atlas가 이른바 '과잉 활성 혜성(hyperactive comet)'에 해당할 가능성을 제기했다. 일반 혜성은 핵(nucleus) 표면의 얼음이 승화하면서 수증기를 방출한다. 그런데 과잉 활성 혜성은 핵 표면만으로는 설명할 수 없을 만큼 많은 수증기를 내뿜는다. 나머지는 코마 안에 떠다니는 얼음 알갱이들이 태양열을 받아 직접 기화하면서 생긴다.

광고

광고주 모집

[email protected]

광고

3I/Atlas의 경우, 메탄올과 수증기, 이산화탄소가 핵 표면과 이 얼음 알갱이들 양쪽에서 동시에 방출된 것으로 보인다. 태양에 가까워지는 동안 코마 속 분리된 얼음들이 빠르게 승화하면서 메탄올 농도를 끌어올렸다는 것이다. 이 행동 패턴은 3I/Atlas가 극도로 차갑고 화학적으로 복잡한 자연 천체임을 뒷받침한다. 연구팀은 이 분석이 '인공 기원' 가능성을 사실상 배제한다고 덧붙였다.

화학 조성이 이처럼 독특한 이유에 대해 연구팀은 하나의 가설을 제시한다. 3I/Atlas는 태양계의 어떤 혜성도 형성된 적 없는 환경, 즉 더 차갑고, 더 강한 방사선에 노출됐으며, 화학적으로 이질적인 항성계에서 탄생했을 가능성이 높다는 것이다.

세 번째 방문자가 던지는 질문들

성간 천체의 역사는 짧다. 첫 번째로 확인된 성간 천체 오무아무아(1I/'Oumuamua)는 2017년 발견됐는데, 혜성도 소행성도 아닌 애매한 특성 때문에 오랫동안 과학계의 논쟁 대상이었다. 두 번째 성간 천체 보리소프(2I/Borisov)는 2019년 발견됐고, 이쪽은 비교적 '평범한' 혜성에 가까웠다. 그리고 이번 3I/Atlas는 화학적으로 가장 풍부하고 이례적인 조성을 가진 것으로 보인다.

세 사례만으로 통계를 내기는 어렵지만, 과학자들은 이미 중요한 패턴을 감지하고 있다. 성간 천체들이 태양계에서 형성된 혜성과 다른 화학 특성을 가진다면, 이는 항성계마다 고유한 '화학 지문'이 존재한다는 의미일 수 있다. 다시 말해, 우주 곳곳의 행성계가 어떤 원소와 분자로 구성됐는지를 성간 혜성이 직접 전달해주는 '화학 택배'가 될 수 있다는 것이다.

천문학계는 앞으로 더 많은 성간 천체가 발견될 것으로 기대한다. 현재 건설 중이거나 가동 초기 단계인 차세대 망원경들, 예컨대 베라 루빈 천문대의 LSST 시스템은 하늘 전체를 더 빠르고 깊게 스캔할 수 있어 이런 천체를 훨씬 일찍 포착할 수 있다. 3I/Atlas는 태양에 가장 근접한 뒤에야 발견됐지만, 앞으로는 더 멀리서, 더 일찍 발견해 더 오래 관측할 수 있게 될 것이다.

한국 천문연구원(KASI)도 이 분야에서 무관하지 않다. 국내 연구팀들이 국제 공동 관측망에 참여하고 있으며, 차세대 광학 관측 인프라 확충 논의가 진행 중이다. 성간 천체 연구는 단일 국가가 독점할 수 없는 분야인 만큼, 관측 네트워크 기여도가 데이터 접근권으로 이어진다.