(This image was taken by NASA's New Horizons spacecraft on Jan. 1, 2019 during a flyby of Kuiper Belt object 2014 MU69, informally known as Ultima Thule. It is the clearest view yet of this remarkable, ancient object in the far reaches of the solar system—and the first small "KBO" ever explored by a spacecraft. Credit: NASA)
우리에게 친숙한 소행성의 모습은 수많은 크레이터가 표면에 있는 작은 달 같은 형태의 소행성입니다. 하지만 2019년 태양계에서 탐험선이 직접 탐사한 가장 먼 소행성인 2014 MU69(울티마 툴레)의 모습은 이것과 달랐습니다. 뉴호라이즌스호가 포착한 울티마 툴레의 이미지는 두 개의 소행성이 붙어 있는 눈사람 같은 형태였습니다. 그리고 생긴 것만 그런 게 아니라 실제로도 두 개의 소행성이 붙어 있는 게 맞습니다.
이는 전문 용어로 하면 접촉 쌍성계 (contact binary)라고 하는데, 카이퍼 벨트에는 이런 접촉 쌍성계가 전체의 10%에 달하는 것으로 여겨지고 있습니다. 과학자들은 왜 이렇게 접촉 쌍성계가 흔한지를 두고 논쟁을 벌여 왔습니다.
미시간 주립대학교 대학원생인 잭슨 반스(Jackson Barnes, an MSU graduate student)는 중력 붕괴(gravitational collapse)를 통해 자연스럽게 두 개의 엽(lobe)으로 이루어진 접촉 쌍성계 형태를 재현하는 시뮬레이션을 개발했습니다.
이전의 컴퓨터 모델은 충돌하는 물체를 구형으로 합쳐지는 유체 덩어리로 취급했기 때문에 이러한 독특한 형태를 구현하는 것이 불가능했습니다. 미시간 주립대학의 사이버 연구소(ICER)와 고성능 컴퓨팅 클러스터 덕분에 바네스의 시뮬레이션은 현실적인 시뮬레이션 환경에서 접촉 쌍성계를 재현할 수 있었습니다. 그의 연구는 왕립 천문학회 월간회보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 게재되었습니다.
태양계 역사 초기 태양 주변에 있던 원시행성계 원반의 먼지 입자들은 하나씩 뭉쳐지면서 소행성 크기의 원시 미행성 (planetesimal)으로 성장합니다. 다만 미행성들은 아직 눈송이처럼 단단하게 뭉치지 않은 천체들로 자갈이나 잡석 더미에 불과한 상태입니다. 이 시기에 성운이 회전하면서 물질이 안쪽으로 빨려들어가면 미행성이 찟어지면서 서로 공전하는 두 개의 미행성이 생성될 수 있습니다. 연구팀의 시뮬레이션에서 이 천체들의 궤도는 나선형으로 안쪽으로 향하다가 두 천체가 부드럽게 접촉하여 융합될 때까지 구형을 유지합니다. 결국 최종적으로 눈사람 형태의 접촉 쌍성계가 생성되는 것입니다.
이런 접촉 쌍성계가 화성과 목성 사이 주소행성대가 아니라 카이퍼 벨트에 흔한 이유는 소행성들이 수백만 km 정도 떨어져 있어 좀처럼 충돌할 기회가 없기 때문입니다. 만약 작은 소행성이라도 충돌하다면 접촉해 있던 두 소행성이 분리되고 말 것입니다. 하지만 울티마 툴레에서 볼 수 있는 것처럼 접촉 소행성의 표면에는 크레이터나 충돌 흔적이 거의 없습니다.
이 연구에 따르면 접촉 쌍성계는 두 개 이상도 가능할 수 있습니다. 앞으로 카이퍼 벨트에 더 많은 탐사선을 보낸다면 이들의 존재를 알아낼 수 있을지도 모릅니다.
참고
Direct contact binary planetesimal formation from gravitational collapse, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2026). DOI: 10.1093/mnras/stag002
https://phys.org/news/2026-02-space-snowmen-gravitational-collapse-contact.html#google_vignette
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