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- 금년 여름 발견, 베른슈타인 혜성, 같은 종류의 혜성 중 단연 가장 크다(150km).
- 이제 천왕성의 궤도에 접근하고 있으며 아직 태양으로부터 20AU 거리에 있다.
- 천문학자들은 2031년 1월까지 태양에 접근할 것이라고 결론(10.95 천문단위 거리)
- 2031년 4월에 지구에 가장 가까이 다가올 것이며 10.11AU 이내로 접근

거대한 혜성이 이미 활성화돼
Bernardinelli-Bernstein 혜성은 이미 천왕성 너머에서 가스와 먼지층에 싸여 있다.

가스 방출 거인: 
최근에 발견된 베르나르디넬리-베른슈타인 혜성은 같은 종류의 혜성 중 단연 가장 크다.
TESS 우주 망원경의 이미지가 최근 공개한 것처럼 매우 일찍 활성화됐다. 천왕성보다 태양에서 더 멀리 떨어져 있지만, 그 중심은 이미 가스를 방출하는 일산화탄소 얼음 껍질로 둘러싸여 있다. 이로써 현재는 태양계에서 가장 멀리 떨어진 활성 혜성 중 하나가 됐다. 

▲ Bernardinelli-Bernstein 혜성은 알려진 가장 큰 혜성일 뿐만 아니라 외피에서도 매우 활서와됐다. © NOIRLab / NSF / AURA, J. da Silva / Spaceengine

일반적으로 혜성은 태양계 안쪽으로 접근함에 따라 활성화된다.
태양과 가까워지면 태양 복사가 얼음 표면을 가열하고 얼음과 다른 얼어붙은 물질이 가스를 배출하기 시작하기 때문이다. 그 결과 혜성의 외피(혼란상태)와 전형적인 꼬리가 형성된다. 혜성이 활성화되는 시기는 무엇보다도 혜성의 크기와 얼음의 구성에 따라 달라진다.

TESS와 혼란상태 추적

최근 관측에 따르면 2021년 여름에야 발견된 베르나르디넬리-번스타인 혜성 역시 이 점에서 특별하다. 약 150km의 크기를 가진 이 혜성은 지금까지 태양계에서 관측된 혜성 중 가장 큰 혜성이다. 질량은 전형적인 ‘헬리혜성(꼬리별)’의 질량보다 천 배 더 클 수도 있다. 그 크기 때문에 태양으로부터 29AU(천문단위; 태양-지구 사이의 평균 거리)의 거리에서도 오래된 망원경 이미지에서 볼 수 있다. 당시 혜성은 해왕성 궤도의 높이에 있었다.

혜성은 이제 천왕성의 궤도에 접근하고 있으며 아직 태양으로부터 20AU 거리에 있다. 거대한 혜성이 이 엄청난 거리에도 불구하고 이미 활동하고 있는지 알아보기 위해 메릴랜드 대학의 Tony Farnham과 그의 팀은 2018년과 2020년 NASA의 TESS 우주 망원경의 이미지를 조사했다. 이 시간 동안 망원경은 우연히 혜성이 여행하는 하늘의 영역을 검색했다.

천문학자들은 연구를 위해 혜성을 보여주는 수천 개의 이미지를 사용하고 이를 가상으로 쌓아 빛의 생산량을 늘렸다. 이 절차가 혜성 혜성으로 오인될 수 있는 광학 효과로 이어지지 않도록 하기 위해 그들은 유사하게 멀리 떨어져 있는 혜성이 아닌 물체에 대해서도 동일한 방법을 수행했다.

가스 방출의 명확한 증거

결과:
비교 대상이 명확하고 뚜렷하게 구분된 빛의 점으로 보일 수 있었지만, 이것은 2020년과 2018년의 두 사진 모두에서 혜성 베르나르디넬리-번스타인과 흐릿한 빛으로 둘러싸여 있었다. Farnham과 동료들은 "이것은 혜성이 태양으로부터 21.2 및 23.8 천문단위의 거리에서 이미 혼란상태에 있었다는 것을 증명한다"고 말했다. "이것은 이미 그러한 활동이 감지된 가장 먼 혜성 중 하나다.“

▲ 2017년 10월의 암흑 에너지 조사 이미지. 이 시점에서 혜성은 여전히 ​​태양에서 약 25AU 떨어져 있었다.  © Dark Energy Survey, DOE/FNAL/DECam/CTIO, NOIRLab/NSF/AURA/P. Bernardinelli & G. Bernstein (UPenn)/DESI  Legacy Imaging Surveys

사실, 지금까지 비슷한 거리에서 이미 가스 먼지층이 혼란 상태가 감지된 혜성은 C/2010 U3 Boattini 혜성과 C/2017 K2 PanSTARRS 혜성 두 개만 알려져 있다. 그러나 둘 다 거대 혜성보다 약 10배 작다.

천문학자들은 "23.8 천문단위의 베르나르디넬리-베른슈타인(Bernardinelli-Bernstein) 주변에서 발견된 혼란 상태는 이미 그렇게 극단적인 거리에서 활동하고 있는 세 번째 천체에 불과하다"고 말했다.

일산화탄소로 구성된 혜성 껍질

TESS 이미지 분석에서 Farnham과 그의 팀은 혜성이 아마도 얼마 동안 활동했을 것이라고 결론지었다. 그들의 계산에 따르면, 빠르면 2016년, 그리고 아마도 더 일찍 혼란 상태에 빠졌을 수 있다. "이것은 활성 혜성의 최대 거리를 극적으로 더 멀리 이동시킨다"고 Farnham은 말한다. "지금까지 우리는 혜성 활동에 절대적인 한계가 있는지조차 모른다."

비교 및 모델 계산의 도움으로 천문학자들은 또한 Bernardinelli-Bernstein의 혼란 상태가 무엇인지 결정할 수 있었다. "이 거리에서 물 얼음의 승화는 혜성의 혼란 상태를 설명하기에는 너무 느리다." 그러나 다른 혜성 연구에서 동결된 일산화탄소(CO)가 이러한 조건에서 가스를 배출할 수 있다는 것이 알려져 있다. TESS 이미지를 사용하여 연구자들은 2020년까지 거대한 혜성이 이미 초당 2 × 1028 CO 분자를 우주로 방출하고 있다고 추정한다. 이는 1만조에 해당한다.

2031년에 발생하는 근일점

혜성 Bernardinelli-Bernstein의 이전 궤도에서 천문학자들은 2031년 1월까지 태양에 접근할 것이라고 결론지었다. 혜성은 2031년 1월 31일에 10.95 천문단위로 태양에 가장 가까운 지점에 도달한다. 즉, 토성의 궤도 바로 밖에 있다. 거대한 혜성은 2031년 4월에 지구에 가장 가까이 다가올 것이며 10.11AU 이내로 접근할 것이다.
(The Planetary Science Journal, 2021; doi: 10.3847 / PSJ / ac323d)
출처: University of Maryland 

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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