곽노필의 미래창
태양보다 거의 2배 나이 많아
별 형성 초기 튕겨져 나온 듯

지난 3일 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)을 통해 촬영한 세번째 성간 천체 `3I/ATLAS\'. 유럽남방천문대 제공

인류가 발견한 세번째 성간 천체인 아틀라스 혜성(3I/ATLAS)은 최소 80억년 된 별에서 왔을 가능성이 큰 것으로 추정됐다. 사실일 경우 역대 가장 나이 많은 혜성이 된다.

영국 옥스퍼드대와 뉴질랜드 캔터베리대 공동연구진은 유럽우주국(ESA) 가이아우주망원경의 은하수 관측 데이터 등을 토대로 만든 오타우타히-옥스퍼드 모델을 이용해 분석한 결과, 지난 1일 발견된 이 성간 혜성은 130억년 된 우리 은하의 ‘두꺼운 원반’(thick disk) 영역에서 기원한 것으로 보인다고 사전출판 논문 공유집 아카이브에 발표했다. 논문은 국제학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’(Astrophysical Journal Letters)에도 제출됐다.

이번 발견은 때마침 성간 천체 발견 하루 전인 6월30일 이 모델을 박사학위 논문으로 발표한 옥스퍼드대 매튜 홉킨스의 첫 사례 연구가 됐다.

이번 천체와 이전에 발견한 두 성간 천체의 주요한 차이점 가운데 하나는 이동 속도다. 아틀라스 혜성의 이동 속도는 초속 약 60km로 다른 성간 천체보다 거의 두 배 또는 그 이상 빠르다. 2017년에 발견된 오우무아무아는 초속 26.3km, 2019년에 발견된 혜성 2I/보리소프는 초속 32km였다. 연구진은 이 성간 천체가 은하의 원반 평면에 대해 수직 방향으로 매우 빠른 속도로 이동하고 있다는 점 등을 근거로 이 천체가 은하의 두꺼운 원반에 있는 별에서 유래했다고 추정했다.

우리 은하는 중심의 팽대부와 이를 둘러싸고 있는 얇은 원반, 그 외곽의 두꺼운 원반 이렇게 3개의 큰 영역으로 구성돼 있다. 팽대부의 두께는 1만5천광년, 얇은 원반은 1천광년, 두꺼운 원반은 얇은 원반보다 3~4배 더 두껍다.

오래된 별 영역인 ‘두꺼운 원반’에 기원

두꺼운 원반은 태양이 속한 얇은 원반을 위아래로 감싸고 있는 영역이다. 우리 은하는 중심의 팽대부와 이를 둘러싸고 있는 얇은 원반, 그 외곽의 두꺼운 원반 이렇게 3개의 큰 영역으로 구성돼 있다. 태양계가 속해 있는 얇은 원반은 두께가 약 1천광년, 두꺼운 원반은 이보다 3~4배 더 두껍다.

두꺼운 원반은 우리 은하가 초기에 다른 은하와 좌충우돌하면서 형성된 반면, 얇은 원반은 이후 은하가 비교적 안정적인 상태에서 가스가 서서히 냉각, 수축하면서 형성된 것으로 추정한다. 따라서 얇은 원반엔 젊은 별들이, 두꺼운 원반엔 오래된 별들이 많다. 얇은 원반엔 철을 포함한 중원소 비중이 높다. 별들이 여러 세대에 걸쳐 생성되면서 이전 세대 별들이 만든 중원소를 흡수했기 때문이다.

우리 은하 원반에 있는 별들의 약 85%는 얇은 원반에 있다. 밤하늘에서 맨눈으로 볼 수 있는 은하수의 대부분은 얇은 원반의 별들이다. 반면 우리 은하 질량의 약 10%를 차지하는 두꺼운 원반에는 얇은 원반보다 별들이 훨씬 적고, 맨눈으로는 거의 보이지 않는다.

우리 은하에서의 태양 궤도(노란색 선)와 성간 천체 아틀라스의 궤도(빨간색 선) 비교. 매튜 홉킨스 제공

태양에 가까워지며 다량의 물 분출 가능성

관측 결과 이 성간 혜성의 지름은 10~20km로 추정되며, 일반적인 태양계 혜성보다 핵을 둘러싸고 있는 가스층 코마가 더 붉은 것으로 나타났다 .

공동저자인 옥스퍼드대 크리스 린토트 교수는 “색깔 등으로 미뤄볼 때 이 성간 천체의 나이가 76억년 이상일 가능성이 3분의 2”라고 말했다. 태양의 나이는 이보다 한참 어린 46억년이다. 연구진은 성간 천체가 별 생성 초기에 지나가는 별이나 거대 행성과의 중력 상호작용에 의해 튕겨져 나왔을 가능성이 큰 것으로 보고 있다.

린토트 교수는 오래된 별일수록 물이 풍부한 성간 천체를 생성하는 경향이 있다고 말했다. 만약 이것이 사실이라면 앞으로 이 혜성은 태양에 가까이 다가가면서 많은 양의 물을 분출할 것으로 보인다.

칠레에 있는 미국항공우주국(나사)의 아틀라스(소행성 지구 충돌 최종 경보 시스템) 망원경 관측을 통해 처음 발견된 이 성간 천체는 현재 지구에서 약 6억7천만km 거리의 목성 궤도 안쪽에서 태양 쪽을 향해 날아오고 있다.

나사는 궤도 분석 결과, 이 혜성은 지구에 위협적인 천체는 아니며 오는 10월30일께 태양에 가장 가까이 접근할 것으로 예상된다고 밝혔다. 근일점에서 태양과의 거리는 2억1천만km, 위치는 화성 궤도 바로 안쪽이다.

성간 천체는 왔던 방향으로 다시 돌아가지 않고 태양계를 그냥 통과해 다시 먼 우주로 가버린다. 태양계 내에 존재하는 대부분의 혜성이나 소행성은 태양 중력에 묶여 타원형의 닫힌 궤도를 그리지만 성간 천체는 태양의 중력에 구속되지 않아 쌍곡선 형태의 열린 궤도를 따르기 때문이다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr

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