우주 이야기 1127 - 혜성에서 발견된 철과 니켈

 (The detection of the heavy metals iron (Fe) and nickel (Ni) in the fuzzy atmosphere of a comet are illustrated in this image, which features the spectrum of light of C/2016 R2 (PANSTARRS) on the top left superimposed to a real image of the comet taken with the SPECULOOS telescope at ESO's Paranal Observatory. Each white peak in the spectrum represents a different element, with those for iron and nickel indicated by blue and orange dashes, respectively. Spectra like these are possible thanks to the UVES instrument on ESO's VLT, a high-resolution spectrograph that spreads the line so much they can be individually identified. In addition, UVES remains sensitive down to wavelengths of 300nm. Most of the important iron and nickel lines appear at wavelengths of around 350nm, meaning that the capabilities of UVES were essential in making this discovery. Credit: ESO/L. Calçada, SPECULOOS Team/E. Jehin, Manfroid et al.)

 두 과학자팀이 독립적으로 유럽 남방 천문대 (ESO)의 VLT 망원경 데이터를 분석해 태양계와 외계 혜성에서 중금속을 검출했습니다. 혜성은 흔히 더러워진 눈사람으로 묘사되는데, 태양에 가까운 거리에서 물의 얼음이나 드라이아이스 같은 휘발성 성분을 방출하면서 거대한 꼬리를 만듭니다. 따라서 방출하는 물질을 망원경으로 분석하면 대부분 가벼운 원소입니다. 

 하지만 벨기에 리에주 대학의 쟝 만플이드 (Jean Manfroid from the University of Liège)가 이끄는 연구팀은 VLT의 Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) 장치를 이용해서 혜성에서 방출되는 물질의 종류를 분석해왔습니다. 그런데 놀랍게도 C/2016 R2 (PANSTARRS)에서 극소량의 철과 니켈이 검출되었습니다. 심지어 그 위치는 태양에서 4억8천만km 떨어진 지점이었습니다. 

 연구팀은 혜성에서 이런 중금속을 검출하는 것이 처음이었기 때문에 처음에는 이 결과를 믿기 어려웠다고 합니다. 따라서 대부분의 과학자들이 그렇듯이 여러 번 검증을 거쳐 절대 실수일 가능성이 없다는 것을 확신하기 전까지 발표를 미뤘습니다. 연구팀은 이 혜성의 대기에 100kg의 물에 대략 1g의 철과 역시 같은 수준의 니켈이 있다는 결론을 내렸습니다. 

(Emission lines from gaseous atomic nickel in the near-ultraviolet spectrum of 2I/Borisov. Credit: ESO/P.Guzik/M.Drahus)

 한편 독립적인 폴란드 과학자팀은 역시 VLT에 설치된 X-shooter spectrograph 데이터를 분석해 외계 혜성인 보리소프 (2I/Borisov)에서 니켈 성분을 검출했습니다. 역시 태양에서 거리가 3억km 떨어진 먼 장소에서 검출되었기 때문에 연구팀은 이 결과를 여러 번 확인한 후 발표했습니다. 

 이렇게 무거운 원소가 주로 휘발성 물질과 먼지인 혜성 주변 가스에서 검출된 이유에 대해서는 아직 잘 모릅니다. 물론 아무리 무거운 원소라도 자연계에 미량으로 존재할 수 있기 때문에 의외의 결과는 아닐 수도 있습니다. 더 자세한 정보를 얻기 위해서는 다른 혜성에서 얼마나 많은 중금속이 있는지 확인해야 하는데, 과학자들은 현재 건설하고 있는 초대형 지상 망원경인 ESO의 Extremely Large Telescope (ELT)에 설치될 Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS) 장치가 그 역할을 해줄 것으로 기대하고 있습니다. 

 아무튼 가벼운 물질과 먼지로 구성되어 있다고 생각했던 혜성 꼬리에 중금속도 숨어 있다는 사실이 재미있습니다. 어쩌면 금이나 백금 같이 진짜 무겁고 비싼 귀금속도 숨어 있을지 모르겠다는 생각입니다. 

 참고 

https://phys.org/news/2021-05-heavy-metal-vapors-unexpectedly-comets.html

Gaseous atomic nickel in the coma of interstellar comet 2I/Borisov, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03485-4
 

Iron and nickel atoms in cometary atmospheres even far from the Sun, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03435-0