태양계 이야기 919 - 뼈다귀 모양의 독특한 소행성 클레오파트라

 (These eleven images are of the asteroid Kleopatra, viewed at different angles as it rotates. The images were taken at different times between 2017 and 2019 with the Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) instrument on ESO’s VLT. Kleopatra orbits the Sun in the Asteroid Belt between Mars and Jupiter. Astronomers have called it a “dog-bone asteroid” ever since radar observations around 20 years ago revealed it has two lobes connected by a thick “neck”. Credit: ESO/Vernazza, Marchis et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS))

(This processed image, based on observations taken in July 2017, shows the two moons of the asteroid Kleopatra (the central white object), AlexHelios and CleoSelene, which appear as two small white dots in the top-right and bottom-left corners of the picture. Kleopatra’s moons are difficult to see in the raw images — which were taken with the Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) instrument on ESO’s VLT — owing to glare around the asteroid, inherent to this kind of adaptive-optics observations. To achieve this view, the images ofKleopatra have been processed to remove the glare and reveal the moons. Credit: ESO/Vernazza, Marchis et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

 천문학자들이 개뼈다귀 모양의 독특한 소행성인 216 클레오파트라 (Kleopatra)의 모습을 광학 망원경을 통해 가장 세밀하게 관측했습니다. SETI의 천문학자인 프랭크 마르키스 (Franck Marchis, an astronomer at the SETI Institute in Mountain View, U.S. and at the Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, France)가 이끄는 연구팀은 유럽 남방 천문대 (ESO)의 VLT에 설치된 Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) 장치를 이용해 2017년에서 2019년 사이 여러 차례 이미지를 얻었습니다. 

 화성과 목성 사이 소행성대에 위치한 클레오파트라는 2-3.4AU 정도 사이의 타원 궤도를 4.67년 주기로 공전하는 소행성으로 금속 성분이 많은 다소 무거운 소행성입니다. 크기는 (276 × 94 × 78) ± 15% km 정도로 작지 않지만, 지구에서 가장 좋은 망원경으로 봐도 흐릿한 형태로 정확한 크기와 질량을 측정하기 쉽지 않았습니다. 

 긴쪽의 길이가 270km 정도 되는 클레오파트라는 두 개의 위성 알렉스헬리오스 (AlexHelios)와 클레오셀레네 (CleoSelene)를 거느리고 있는데, 각각 지름 8.9 ± 1.6km와 6.9 ± 1.6 km입니다. 이번 연구에서는 클레오파트라의 정확한 크기는 물론 위성의 궤도도 보다 확실히 측정해 중력의 영향과 정확한 질량을 확인했습니다. 

 그 결과 클레오파트라의 질량은 이전에 생각했던 것보다 35% 작았습니다. 대략 철의 절반 정도인데, 다른 소행성보다는 밀도가 높지만, 금속이라면 낮은 편입니다. 이는 내부에 빈 공간이 많다는 것을 시사하는 소견입니다. 아마도 이 소행성은 몇 차례 충돌 합체를 하면서 지금처럼 특이한 모양이 된 잡석 더미형 행성일 가능성이 있습니다. 

 

 클레오파트라는 모양 이외에도 여러 가지 재미있는 사연을 지닌 소행성입니다. 아마도 1억 - 1천만년 전 큰 충돌이나 합체를 통해 현재의 모습이 된 것으로 생각되는데, 두 위성은 포획된 것이 아니라 분리되어 생성되었을수도 있습니다. 그리고 아마도 두 개의 소행성이 중력으로 결합한 결합 쌍성계 (contact binary)형 소행성일수도 있습니다. 앞으로 직접 탐사선을 보낸다면 더 흥미로운 이야기들이 쏟아져 나올지도 모릅니다. 

 

 참고

(216) Kleopatra, a low density critically rotating M-type asteroid, Astronomy & Astrophysics (2021). arxiv.org/abs/2108.07207

An advanced multipole model for (216) Kleopatra triple system, Astronomy & Astrophysics (2021). arxiv.org/abs/2105.09134v1

https://phys.org/news/2021-09-eso-captures-images-peculiar-dog-bone.html

https://en.wikipedia.org/wiki/216_Kleopatra