1년도 채 되지 전, 천문학자들이 우리 태양계를 통과하는 혜성을 발견했는데, 그 혜성은 태양계 너머에서 왔습니다. 3I/ATLAS로 알려진 이 천체는 지금까지 확인된 세 번째 성간 방문객에 불과하며, 과학자들은 이제 그 혜성이 형성된 외계 환경에 대한 단서를 찾고 있습니다. 그리고 그 환경은 매우, 매우 추웠던 것으로 보입니다.
미시간 대학 연구진이 이끄는 새로운 연구에 따르면, 이 혜성은 우리 태양계를 형성한 조건보다 훨씬 더 추운 환경에서 태어났다고 합니다. 이 발견은 혜성의 특이한 물 구성 분석에서 나왔는데, 수소의 더 무거운 형태인 중수소가 비정상적으로 높은 수준으로 검출되었습니다. 이 연구는 Nature Astronomy 저널에 게재되었으며, NASA, 미국 국립과학재단, 칠레 국립연구개발청의 지원을 받았습니다.
"우리의 새로운 관측 결과는 우리 태양계 형성 조건이 은하의 다른 지역에서 행성계가 진화한 방식과 매우 다르다는 것을 보여줍니다,"라고 연구의 주저자이자 U-M 천문학과 박사 과정생인 Luis Salazar Manzano가 말했습니다.
물 분자는 두 개의 수소 원자와 한 개의 산소 원자로 구성되어 있어 친숙한 H2O 공식을 이룹니다. 일반 물에서 수소 원자는 양성자만 포함합니다. 그러나 일부 물 형태는 양성자와 중성자를 모두 포함하는 수소 동위원소인 중수소를 포함합니다. 연구진은 3I/ATLAS가 이 중수소가 풍부한 물을 비정상적으로 많이 포함하고 있음을 발견했습니다. 지구와 태양계 내 혜성에도 소량의 중수가 존재하지만, 3I/ATLAS에서 발견된 수준은 극적으로 높았습니다.
"물 속 일반 수소 대비 중수소 양은 다른 행성계나 행성 혜성에서 이전에 본 것보다 높습니다,"라고 Salazar Manzano가 말했습니다. 연구진에 따르면, 혜성의 중수소 비율은 우리 태양계 혜성에서 측정된 것보다 약 30배 높았고, 지구 해양에서 발견된 비율보다 약 40배 높았습니다. 과학자들은 중수소 수준을 천체가 형성될 때의 조건을 밝혀주는 일종의 화학적 지문으로 사용합니다. 이 비율을 지구 근처의 것과 비교함으로써 연구진은 혜성을 만든 환경이 어떤 것인지 추론할 수 있습니다.
연구팀은 3I/ATLAS가 우리 태양계의 행성과 혜성을 만든 환경보다 훨씬 더 낮은 방사선 수준을 가진 훨씬 더 추운 지역에서 형성되었을 것이라고 결론지었습니다. "이것은 우리 태양계를 만든 조건이 우주 어디에나 있는 것이 아니라는 증거입니다,"라고 연구 공동 리더이자 U-M 천문학 조교수인 Teresa Paneque-Carreño가 말했습니다. "당연하게 들릴 수 있지만, 증명해야 하는 것 중 하나입니다."
연구진은 이 연구가 천문학자들이 3I/ATLAS를 충분히 일찍 발견하여 상세한 후속 관측을 할 수 있었기에 가능했다고 말했습니다. 발견 후, Salazar Manzano와 협력자들은 애리조나의 MDM 천문대에서 관측 시간을 확보하여 혜성에서 가스 방출의 첫 징후를 감지했습니다(MDM은 미시간, 다트머스, 매사추세츠 공과대학의 약자로, 천문대의 원래 파트너입니다). 그런 다음 Salazar Manzano는 칠레의 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 사용 전문성을 가진 Paneque-Carreño와 팀을 이루었습니다. ALMA의 장비는 중수소화된 물과 일반 물을 구별할 만큼 민감하여, 팀이 두 물질 간의 비율을 정밀하게 측정할 수 있었습니다.
연구진은 이것이 과학자들이 성간 천체에 대해 이러한 유형의 물 분석을 성공적으로 수행한 첫 번째 사례라고 말합니다. "미시간 대학에 있고 이러한 시설에 접근할 수 있었던 것이 이 작업을 가능하게 한 핵심이었습니다,"라고 Salazar Manzano가 말했습니다. "우리는 여러 분야에서 매우 재능 있고 경험이 풍부한 팀의 일원이었으며, 우리 모두 서로를 보완했고 그것이 가능하게 했습니다."