(This painting by William K. Hartmann, who is a senior scientist emeritus at the Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, is based on a commission from Michael Belton and shows a concept of the ‘Oumuamua object as a pancake-shaped disk. Credit: William Hartmann)
(Illustration of a plausible history for 'Oumuamua: Origin in its parent system around 0.4 billion years ago; erosion by cosmic rays during its journey to the solar system; and passage through the solar system, including its closest approach to the Sun on Sept. 9, 2017, and its discovery on October 2017. At each point along its history, this illustration shows the predicted size of 'Oumuamua, and the ratio between its longest and shortest dimensions. Credit: S. Selkirk/ASU)
2017년 태양계를 방문한 외계 천체 오무아무아 ('Oumuamua)는 지금까지도 과학자들 사이에서 많은 논쟁의 대상이 되고 있습니다. 논쟁이 발생하는 이유는 단순히 외계 천체라서가 아니라 오무아무아가 이전에 봤던 태양계 천체와 많이 다른 모습이라는 점에서 기인합니다. 심지어 외계 문명의 흔적이라는 주장까지 나왔습니다. 하지만 가장 흔한 해석은 대부분의 물질이 증발한 혜성의 일종이라는 것입니다. 그래도 길쭉한 외형은 여러 가지 논쟁을 낳았습니다.
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애리조나 대학의 스티븐 데쉬와 앨런 잭슨(Steven Desch and Alan Jackson of the School of Earth and Space Exploration)은 여기에 새로운 해석을 내놓았습니다. 연구팀은 오무아무아가 혜성과 달리 태양 근처에서 긴 꼬리를 만들지 않았지만, 그래도 증발한 물질에 의해 속도가 빨라지는 로켓 효과 (rocket effect)가 예상보다 강하게 나타났다는 사실에 주목했습니다.
혜성 표면에서 물질이 증발하면 로켓이 연료를 분사하는 것처럼 천체를 한쪽 방향으로 밀어 속도를 빠르게 할 수 있습니다. 오무아무아의 정체가 휘발성 물질이 증발해 말라버린 혜성이라면 로켓 효과는 거의 나타나지 않을 것입니다. 연구팀이 제시한 대안적 설명은 사실은 질소로 이뤄진 천체라는 것입니다. 이런 형태의 질소 덩어리는 명왕성 표면에서 볼 수 있기 때문에 오무아무아의 정체는 다른 소행성과의 충돌 등으로 빠져나온 질소 얼음 파편이라는 것이 연구팀의 주장입니다.
(동영상)
연구팀의 가설에 의하면 오무아무아는 대략 4억년 전 태양계에서 멀지 않은 외계 해성계의 얼음 행성에서 떨어져 나온 파편으로 대략 92 x 91 x 54m 정도 크기였습니다. 당시엔 폭과 길이의 비율이 1.7배 정도로 그렇게 길쭉하지 않았습니다.
그러다가 우주를 여행하면서 고에너지 방사선인 우주선 (cosmic ray)의 영향으로 조금씩 증발해 태양계 진입 시기인 1995년에는 72 x 71 x 34m까지 작아지면서 비율이 2.1배로 늘어났습니다. 태양에 가까워져 관측이 가능했던 2017년 9월에는 더 많은 물질이 증발해 크기가 58 x 56 x 20m까지 줄었으며 (2.9배) 집중적인 관측 이뤄진 10-11월에는 45 x 44 x 7.5m(6배)로 상당히 얇아졌습니다. 태양계에서 완전히 이탈하는 2040년에는 43 x 41 x 4.9m (9배)로 더 줄어들 것으로 예상됩니다.
이렇게 물질을 잃으면서도 일반적인 혜성과 달리 먼지나 가스의 꼬리를 만들지 않는 이유는 거의 순수한 질소 얼음 덩어리라고 가정하면 설명이 가능합니다. 길쭉한 모양 역시 넓은 면이 더 잘 승화되는 현상 때문에 비누처럼 쓰면 쓸수록 얇아졌기 때문이라고 설명할 수 있습니다.
다만 이 가설을 확인하기 위해서는 오무아무아에 대한 상세한 관측을 통해 표면 구성 물질 및 승화된 기체에 대한 분석이 필요한데, 이미 태양계에서 멀어지는 중이라 사실상 불가능한 이야기입니다. 과학자들이 다음 외계 천체를 근접 관측할 인터셉터 형식의 탐사선을 개발하는 이유이기도 합니다.
아마도 태양계로 진입하는 외계 천체들은 다 각자의 사연을 지니고 있을 것입니다. 그것이 어떤 사연인지 구체적으로 알기 위해서는 결국 가까이 다가가서 조사해야 합니다. 당장은 아니지만 앞으로 10-20년 안에 실제로 이런 일이 일어날 수 있을 것으로 기대합니다.
참고
https://phys.org/news/2021-03-scientists-extra-solar-oumuamua.html
Alan P. Jackson et al. 1I/'Oumuamua as an N 2 ice fragment of an exo‐Pluto surface: I. Size and Compositional Constraints, Journal of Geophysical Research: Planets (2021). DOI: 10.1029/2020JE006706
S. J Desch et al. 1I/'Oumuamua as an N 2 ice fragment of an exo‐pluto surface II: Generation of N 2 ice fragments and the origin of 'Oumuamua, Journal of Geophysical Research: Planets (2021). DOI: 10.1029/2020JE006807
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