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- 일본 탐사선 하야부사 2호 '19년 봄 소행성 류구 표면에서 채취 '20년 말 지구로 가져와
- 철 동위원소에 대해 13개 다른 운석 샘플과 비교 위해 4개의 류구 샘플 분석
- 대부분 운석은 철 동위원소 54Fe가 상당히 초과된 것으로 나타나
- 이 소행성은 45억 년 전에 원시 구름의 얼음으로 덮인 바깥쪽 가장자리에서 처음 형성

소행성 류구가 멀리서 온다
동위 원소 이상은 태양계 외부의 기원을 나타내

소행성 류구(Ryugu)는 지금 지구 근처 공간을 돌고 있다. 현재 이 소행성의 샘플에 대한 동위원소 분석이 시사하는 바와 같이 그 기원은 태양계 바깥쪽에 있다. 이에 따르면 철, 티타늄, 크롬과 같은 여러 무거운 원소의 동위원소의 구성이 다른 것은 돌덩어리가 목성과 토성 너머에서 발달해 형성됐을 가능성이 있음을 나타낸다. 

▲ 소행성 류구는 특이한 모양만 있는 것이 아니다. 대부분의 다른 소행성 및 운석과는 다른 기원을 가지고 있다.© JAXA/ University of Tokyo and collaborators

우리 태양계에 있는 대부분의 소행성은 화성과 목성 사이의 소행성대를 돌고 있다. 충돌과 중력 난기류로 인해 주의가 산만해진 이들 중 일부는 지구 근처 궤도를 따르기도 한다. 오랫동안 이 모든 덩어리는 이전 원시 구름의 내부 영역 현장에서 형성되었다고 가정했다. 그러나 최근 몇 년 동안 천문학자들은 소행성대에서 사진에 맞지 않는 일부 물체를 발견했다. 일부는 멸종된 혜성과 비슷하고 다른 일부는 금속이나 탄소가 비정상적으로 풍부하다.

류구(Ryugu)는 어디에서 왔을까?

일본 우주탐사선 하야부사 2호가 2019년 봄 소행성 류구 표면에서 채취해 2020년 말 지구로 가져온 샘플은 더욱 흥미롭다. 이 놀라운 다이아몬드 모양의 지구 근처 소행성은 약 45억 년 전의 것으로 우리 태양계 초기의 유물이다.

그것의 궤도는 소행성 벨트의 주요 내부 부분에서 시작되었음을 암시한다. 그러나 초기 화학 분석에서는 이에 대한 의구심을 불러일으켰고 일부 연구자들은 Ryugu의 "제빙된" 혜성 핵을 의심하기까지 했다.

이제 Ryugu 샘플의 새로운 분석은 신비한 바위의 기원에 새로운 빛을 주었다. 시카고 대학의 티모 호프(Timo Hopp)가 이끄는 팀은 철 동위원소에 대해 13개의 다른 운석에서 채취한 샘플과 비교를 위해 4개의 샘플을 분석했다. 공동 저자인 괴팅겐에 있는 막스 플랑크 태양계 연구 연구소(MPS)의 토르스텐 클라이네(Thorsten Kleine)는 "특정 철 동위원소 간의 비율은 이러한 그룹 중 일부를 원산지에 따라 서로 구별할 수 있는 훌륭한 지표다"고 설명했다.

눈에 띄는 동위원소 이상

분석 결과:
대부분 운석은 철 동위원소 54Fe가 상당히 초과된 것으로 나타났다. 그러나 소행성 Ryugu의 샘플은 이 철 동위원소의 수준이 현저히 낮았으며 Cl 유형의 탄소질 콘드라이트의 운석 샘플 3개도 마찬가지였다. 소위 이부나(Ivuna) 유형의 이러한 희귀 석운석은 상대적으로 많은 양의 탄소를 함유하고 있으며 특히 독창적인 것으로 간주된다.

"소행성 Ryugu와 CI 그룹의 비교적 희귀한 운석 사이에는 놀라운 관계가 있다"고 Hopp은 말했다. 철 동위원소의 이상 외에도 이 운석은 티타늄, 크롬, 몰리브덴과 같은 다른 중원소에서도 이상을 보인다고 연구진은 설명했다. 게다가 이 운석과 류구 모두 다른 연구팀의 병렬 샘플 분석에서 보여주듯 비교적 많은 수의 휘발성 물질을 함유하고 있다.

▲ 그림 4. Cb형 소행성과 CI 콘드라이트의 가능한 소스 영역의 개략도. 원시행성 원반의 다른 영역에서 형성된 행성. 내부 영역에는 휘발성이 낮은 행성(빨간색 원)이 형성되고 목성 궤도 너머에는 휘발성이 풍부한 행성(파란색 원)이 형성된다. 가스 및 얼음 거성 행성의 성장과 이동은 일부 유성체를 메인 벨트(작은 화살표)에 이식한 반면, 대부분의 유성체는 바깥쪽으로 운반되거나 원반에서 배출되었다(큰 화살표). CI 콘드라이트와 류구(Ryugu)의 서로 다른 Fe 핵합성 유산과 원시 화학 성분에 대한 그럴듯한 설명은 천왕성과 해왕성(밝은 파란색 원으로 채워짐)의 자극에 의해 Main Belt에 이식된 반면 다른 CC는 목성 근처의 더 많은 내부 영역에서 형성되었다는 것이다. 토성(진한 파란색 원으로 채워짐)천왕성과 해왕성 주위에 형성되어 바깥쪽으로 분출된 얼음 행성은 오르트 구름을 채우게 되었다. 따라서 CI 콘드라이트와 Ryugu는 장기 혜성과 일부 혈통을 공유할 수 있다. 이러한 시나리오는 핵합성 이상에 대한 NC, CC 및 CI 간의 삼분법을 설명할 수 있다 (출처: 관련논문 그림 4 Ryugu’s nucleosynthetic heritage from the outskirts of the Solar System / Science Advances)

외부 태양계의 기원

종합해보면, Hopp과 그의 팀은 Ryugu가 내부 태양계나 소행성대에서 기원했을 수 없다고 결론지었다. 대신, 그 기원은 목성과 토성을 넘어서, 아마도 천왕성과 해왕성의 영향권에서조차 훨씬 더 멀리 떨어져 있어야 한다. "모든 연구에 따르면 Ryugu는 탄소질 콘드라이트와 마찬가지로 외부 태양계의 자식이다"고 Hopp은 요약했다.

따라서 이 소행성은 45억 년 전에 원시 구름의 얼음으로 덮인 바깥쪽 가장자리에서 처음 형성되었다. 그들의 위치는 두 개의 큰 가스 ​​행성인 목성과 토성이 안쪽으로 이동하고 천왕성과 해왕성이 상호 작용하고 장소를 교환했을 때만 변경되었다. 이로 인해 난기류가 발생하여 바깥쪽을 도는 소행성이 소행성 벨트 영역으로 안쪽으로 이동했다.
(Science Advances, 2022; doi: 10.1126/sciadv.add8141)
출처: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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