태양계 소행성대에 있는 42개 덩어리 분석, 첫 번째 규칙성 찾아냈다. (영상)

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-10-14 11:50:11
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- 화성과 목성 사이에 선사시대 행성 파편과 "죽은"혜성인 소행성 벨트로 가득 찬 고리 있다.
- 수백만 개 덩어리가 완두콩 크기에서 약 1천km에 달하는 행성 세레스(Ceres)까지 태양 공전
- 일부는 왜행성 Hygiea와 같이 거의 완벽하게 구형, 일부는 길쭉하거나 개 뼈 모양
- 다양한 밀도, 일부 천체가 거대한 바위보다 혜성이나 느슨한 파편에 속한다는 가정 확인

태양계에서 가장 큰 소행성을 먼저 살펴보세요.
소행성대에 있는 42개의 덩어리를 분석하면 첫 번째 규칙성이 나타난다.


왜소행성에서 "개 뼈 모양"까지:
천문학자들은 처음으로 소행성대에서 가장 큰 천체 42개를 사진으로 촬영하고 더 자세히 조사했다. 성분촬영으로 왜 일부 소행성은 둥글고 다른 소행성은 길쭉한지, 그리고 일부 조각에 자체 작은 위성이 있는 이유를 보여준다. 촬영은 또한 원래 암석 중 일부가 원래 해왕성 너머 지역에서 왔다는 표시를 제공한다. 

▲ 이것은 천문학자들이 처음으로 더 자세히 촬영하고 조사한 100km가 넘는 대형 소행성 42개 중 일부에 불과하다.

© ESO/M. Kornmesser, Vernazza et al./ MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

 
화성과 목성 사이에는 선사 시대의 행성 파편과 "죽은" 혜성인 소행성 벨트로 가득 찬 고리가 있다. 다양한 크기의 수백만 개의 덩어리가 완두콩 크기의 알갱이에서 거의 천 킬로미터에 달하는 큰 왜성 행성 세레스(Ceres)에 이르기까지 태양을 공전한다. 충돌과 중력 난기류는 이 벨트에서 지구 방향으로 운석을 던질 수 있으며 동시에 태양계 초기의 파편의 중요한 저장소다.

연구 되지 않은 벨트

이러한 중대한 중요성에도 불구하고 소행성대는 지금까지 거의 탐사되지 않았다.
지금까지 소수의 더 큰 물체만이 자세히 조사됐고 고해상도로 촬영되었다. 마르세유 천체 물리학 연구소의 피에르 베르나짜(Pierre Vernazza)는 "주요 대역에 있는 세 개의 큰 소행성인 세레스, 베스타(Vesta), 루테티아(Lutetia)만이 지금까지 매우 자세하게 촬영됐다"고 설명했다. 크기가 100km가 넘는 다른 대부분 물체에 대해서는 알려진 바가 거의 없다.

이제 상황이 바뀌었다.
Vernazza와 함께 일하는 천문학자 팀은 처음으로 칠레에 있는 유럽 남방 천문대(ESO)의 초대형 망원경(VLT,Very Large Telescope)을 사용해 소행성대에서 가장 큰 천체 42개를 촬영하고 조사했다. 이러한 우주 덩어리의 회전 속도 또는 지형을 더 자세히 분류하고 가능한 규칙성을 밝히기 위해 처음으로 모양 및 밀도와 같은 매개변수를 허용했다.
▲ Fig 1. (A) 모든 D > 210km 소행성 표적의 VLT/SPHERE 이미지는 MISTRAL 알고리즘(Fusco et al. 2003)으로 분해된다. 상대적인 크기를 고려 플롯에 크기가 표시된다. 개체는 부피 등가 지름의 감소 값에 따라 정렬됐다.(출처:관련논문 VLT/SPHERE imaging survey of the largest main-belt asteroids: Final results and synthesis)
▲ 계속되는. (B) MISTRAL 알고리즘을 사용한 모든 D < 210km 소행성 표적의 VLT/SPHERE 분해 이미지 (출처:관련논문)

형태에 대한 수수께끼

분석 결과 다음과 같은 사실이 밝혀졌다.
모양 면에서 큰 소행성은 두 개의 별도 그룹을 형성한다. 이 그룹은 이중 모드 분포를 나타낸다. 일부는 왜행성 Hygiea 및 Ceres와 같이 거의 완벽하게 구형이다. 다른 것들은 길쭉한 모양을 가지고 있다. 이러한 길쭉한 물체의 가장 극단적인 예는 아령이나 개 뼈 모양의 소행성 클레오파트라이다.

하지만 왜?
크기는 물체의 3차원 모양에 대한 하위 역할만 하는 것으로 보인다.
"모든 크기 등급에는 분명히 원형 그룹과 길쭉한 천체 그룹이 있다"고 Vernazza와 그의 동료들은 보고했다. 그러나 특별히 길쭉한 물체 18개 중 16개는 8시간 미만의 회전 주기를 나타낸다. 이것은 더 빠른 자체 회전이 길쭉한 모양을 선호한다는 표시일 수 있다.

밀도는 기원을 나타낸다.

또 다른 결과:
소행성대에 있는 물체의 밀도는 매우 다르다. Lamberta 및 Sylvia와 같은 일부 소행성은 숯 조각만큼 가벼우며 밀도는 입방 센티미터당 약 1.3g이다. 소행성 프시케(Psyche)와 칼리오페(Calliope)와 같은 다른 천체는 각각 입방 센티미터당 3.9g과 4.4g으로 다이아몬드보다 밀도가 높다. 이 넓은 스펙트럼은 소행성대의 적어도 일부 천체가 거대한 바위보다 이전의 혜성이나 느슨한 파편 더미에 더 많이 속한다는 가정을 확인시켜준다.

천문학자들에 따르면, 소행성 구성의 차이는 소행성이 모두 현장에서 형성되지 않았음을 시사한다. 특히, 얼음과 기타 휘발성 요소의 함량이 높은 물체는 소위 설선을 넘어 더 멀리 생성되었을 것이다. 거기에서 원시 구름의 물이 얼음으로 얼어 얼음이 풍부한 천체가 형성되었다.

초기 이동과 작은 위성

공동 저자인 프라하 카를 대학의 요제프 하누스(Josef Hanuš)는 "우리의 관찰에 따르면 이 천체가 형성된 이후 상당히 이동했다는 것을 알 수 있다"고 설명했다. 이것은 태양계 초기에 거대 가스 거인의 이동이 많은 소행성을 해왕성 너머 지역에서 안쪽으로 운반하고 나머지는 바깥쪽으로 던졌다는 모델을 지원한다.

자체 작은 위성을 가진 소행성에 대한 새로운 발견도 있다.
"관측된 6개의 다중 시스템 중 5개의 시스템은 회전 주기가 6시간 미만이고 축 비율이 0.65 미만이다"고 천문학자들은 보고했다. 이것은 빠른 회전과 길쭉한 모양이 파편의 분리를 선호하고 위성으로 모체 주위를 돌고 있음을 시사한다.

<42개의 가장 큰 소행성과 그 궤도 © European Southern Observatory (ESO) >


ELT의 예리한  눈에 기대

이러한 관찰을 통해 연구원들은 소행성대의 비밀을 이제 막 이해하기 시작했다.
그러나 그들은 현재 칠레에서 건설 중인 ESO의 극대형 망원경(ELT)으로 더 많은 소행성을 더 자세히 조사할 수 있기를 바라고 있다. Vernazza는 "주 벨트의 소행성에 대한 ELT 관측을 통해 벨트의 위치에 따라 직경이 최대 35~80km인 물체와 10~25km 크기의 분화구를 조사할 수 있다"고 말했다.

이것은 천문학자들이 소행성대와 아마도 해왕성 너머의 카이퍼대에 있는 천체의 지질학적 역사를 더욱 해명할 수 있게 해 줄 것이다.
(Astronomy & Astrophysics, 2021; doi: 10.1051 / 0004-6361 / 202141781)
출처: European Southern Observatory (ESO, 칠레 유럽남방천문대)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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