(3I/ATLAS photographed in color by the Gemini North telescope on 26 November 2025)
성간 혜성 3I/ATLAS는 지난 2025년 10월 29일 태양에서 가장 가까운 거리를 지나 태양계에서 멀어지고 있습니다. 하지만 이 과정에서 많은 물질을 증발시켰고 덕분에 과학자들에게 많은 정보를 제공했습니다. 그 결과 예상치 않았던 새로운 사실들이 밝혀졌습니다.
나사 고다드 우주비행센터의 네이선 로스(Nathan Roth)와 그의 동료들은 제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 3I/ATLAS 혜성에서 무거운 중수소와 일반 수소의 비율이 태양계 내 혜성인 67P/추류모프-게라시멘코 혜성보다 약 13배 높다는 사실을 발견했습니다. 참고로 67P/추류모프-게라시멘코 혜성은 로제타 탐사선이 자세히 조사한 혜성입니다.
3I/ATLAS의 메탄 성분 (탄소 원자 하나와 수소 원자 4개로 이뤄짐)에 중수소가 풍부하다는 것은 이 혜성이 매우 차가운 환경에서 생성되었을 가능성을 시사합니다. 수소 대신 중수소를 지닌 메탄은 적외선 신호를 변화시켜 직접 샘플을 채취하지 않더라도 구성 비율을 알수 있게 해줍니다.
제임스 웹 우주 망원경은 2025년 12월 22일과 23일에 3I/ATLAS 혜성을 관측했는데, 당시 혜성은 지구에서 태양까지의 거리의 약 2.4배에 달하는 거리에 있었습니다. 망원경은 혜성의 얼음 핵을 둘러싼 가스 구름인 코마에서 나오는 적외선을 분석했습니다. 연구팀은 다른 기체에서 나오는 빛을 모델링하고 제거한 다음, 메탄에서 더 무거운 동족 원소의 희미한 흔적을 찾았습니다. 이러한 신호를 통해 메탄의 중수소 대 수소 비율(D/H 비율)이 약 3.2%임을 알 수 있었습니다. 이는 태양계에서 측정된 어떤 메탄보다 높은 값입니다.
중수소가 메탄과 결합되는 과정은 낮은 온도에서 잘 발생하기 때문에 이는 이 혜성이 형성된 장소가 태양계보다 오래된 아주 차가운 성운임을 시사합니다. 또 이번 측정 결과는 생성 시기에 대한 단서도 제공합니다. 메탄의 D/H 비율은 이전에 3I/ATLAS 물에서 측정된 비율보다 약 3배 높았습니다. 이는 메탄이 물과 같은 시기에 생성된 것이 아니라 주변 화학 반응이 진행되어 중수소가 농축된 후에 생성되었을 가능성을 제시합니다.
결론적으로 연구팀은 메탄 분석 결과가 3I/ATLAS가 차가운 성운이나 형성 중인 별 주변 환경에서 생성되었다는 가설과 일치한다고 주장합니다. 이러한 환경에는 헬륨보다 무거운 원소가 상대적으로 적고 우주선 충돌이 빈번하게 발생합니다. 이러한 고에너지 입자들이 분자 내 중수소 함량을 높이는 반응을 촉진할 수 있습니다.
다만 이와 같은 추정은 흥미롭지만, 메탄만으로 결론을 내리기는 어려우며 추가적인 증거가 필요합니다. 아무튼 오랜 시간 태양계를 지나며 많은 물질을 증발시킨 3I/ATLAS 덕분에 과학자들은 많은 정보를 수집할 수 있었습니다. 아마도 이런 외계 혜성은 드물지 않게 태양계를 방문했지만, 우리가 지금까지 잘 몰랐을 것입니다. 앞으로 다음 손님이 온다면 망원경으로 관측하는 것은 물론 탐사선으로 자세히 조사할 기회가 있기를 기대해 봅니다.
참고
Nathan X. Roth et al., An enriched methane D/H ratio in the interstellar object 3I/ATLAS, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-03002-5
Journal information: Nature Astronomy
https://phys.org/news/2026-10-heavy-hydrogen-3iatlas-methane-frigid.html
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