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* 처음으로 태양에서 멀리 떨어진 혜성의 껍질에서 기체 철과 니켈 발견
* 성간 혜성 2l/Borisov에서도 발견. 이 혜성은 너무 차가워 금속이 승화하고 가스 배출 불가능
* 혜성의 표면에 있는 두 금속이 금속 카르보닐과 같은 유기 복합 화합물에서 발생

얼음처럼 차가운 혜성 주변의 철과 니켈 증기
낮은 온도에도 불구하고 기체 금속 검출은 의문을 갖게 한다.

수수께끼 발견 :
천문학자들이 처음으로 태양에서 멀리 떨어진 혜성의 껍질에서 기체 철과 니켈을 발견했다. 또한 성간 혜성 2l/Borisov에서도 발견됐다. 놀라운 점은 이 혜성은 실제로 너무 차가워 금속이 승화하고 가스를 배출할 수 없다. 전문 잡지 "Nature"에 기고한 두 연구팀에 따르면 금속 증기의 출처와 영하의 온도에도 불구하고 어떻게 기체 상태가 됐는지 이제 명확히 해야 한다. 

▲ 여기 C / 2016 R2와 같은 혜성의 껍질에는 빛의 스펙트럼이 보여주는 것처럼 추위에도 불구하고 기체 니켈과 철이 있다. © ESO / L. Calçada, SPECULOOS 팀 / E. Jehin, Manfroid, et al.

철과 니켈은 우리 태양계에서 가장 일반적인 금속 중 하나다.
그들은 대부분 행성과 운석의 암석에서 합금이나 미네랄로 존재한다.
이러한 금속을 증기로 바꾸려면 일반적으로 큰 열이 필요하다. 우주 조건에서도 철과 니켈은 지금까지 극도로 뜨거운 외계 행성의 가스 외피 나 태양에 매우 가까이 날아가는 혜성에서만 검출됐다.

기체 철 및 니켈의 스펙트럼 선

태양에서 멀리 떨어진 혜성의 껍질에 있는 철과 니켈 증기의 증거는 더욱 놀랍다.
이것은 벨기에 Liège 대학의 장 망프롸드(Jean Manfroid)와 함께 일하는 천문학자들이 외부 태양계에서 20개 혜성의 빛 스펙트럼을 분석했을 때 발견됐다. 그들은 칠레에 있는 유럽 남부 천문대 ESO의 초대형 망원경에서 UVES 분광기로 얼음 덩어리를 표적으로 삼았다.

혜성의 외피에서 나오는 빛은 이전에는 발견되지 않았던 파란색 범위의 희미한 스펙트럼선을 보여주었다. 그들의 위치와 특성은 중성, 기체 철 및 니켈 원자에서 나온 것이어야 함을 증명한다.

따라서 이 혜성 주변에는 금속 증기가 있어야 한다. 비록 소량이긴 하지만 100kg의 가스 방출 수증기마다 1g의 철과 니켈이 있다. "우리는 20개 정도의 혜성의 대기에서 철과 니켈 원자를 발견하는 것에 매우 놀랐다"고 Manfroid는 말했다.

"불가능한" 승화

이상한 점 :
태양에 가까운 뜨거운 외계 행성이나 혜성과는 대조적으로, 이 덩어리들의 혼돈 상태에서 얼어붙고 춥다. 데이터에 따르면 온도는 영하 93도에서 영하 60도 사이다.
천문학자들은 "이것은 일반적으로 금속 함유 먼지 입자 또는 철과 니켈을 금속 형태로 황화물로 기화시키는 데 필요한 것보다 훨씬 낮다"고 썼다. 따라서 이 추위에서 금속은 혜성 표면에서 가스를 배출해서는 안된다.

이것은 기체 철과 니켈이 어디에서 왔는지, 그리고 저온에도 불구하고 어떻게 배출될 수 있는지에 대한 의문을 제기한다. Manfroid와 그의 연구팀은 혜성 혼돈 상태에서 철과 니켈의 비율에 대한 가능한 지표를 제공했다. 운석에는 일반적으로 니켈보다 10배 더 많은 철이 포함되어 있지만 혜성에는 거의 동일한 양의 금속이 있다.  

 

<이것이 천문학 자들이 혜성의 혼돈 상태에서 기체 금속을 감지한 방법이다.

© ESO / L. Calçada / M. Kornmesser, SPECULOOS 팀 / E. Jehin, Manfroid, et al.>

 

"담체"로서의 유기 복합 화합물?

 

연구원들은 혜성의 표면에 있는 두 금속이 금속 합금이나 황화물로 발생하지 않고 오히려 금속 카르보닐과 같은 유기 복합 화합물에서 발생한다고 결론지었다. 

이것은 일부 혜성의 스펙트럼 신호는 일산화탄소와 이산화탄소 라디칼의 상대적으로 높은 비율을 나타넬 수 있다. 금속과 마찬가지로 유기 화합물의 분해 산물이 될 수 있다.

“이 화합물이 혜성에 존재한다면 규산염과 황화물과는 달리 이 카보닐은 태양에서 멀리 떨어진 저온에서도 승화할 수 있다”고 연구원들은 설명한다. 혜성의 껍질에서 이 분자들은 철과 니켈 원자를 분해하고 방출한다.

2l / Borisov 에도 니켈 증기

또한 흥미로운 점 :

두 번째 연구에서 알 수 있듯이 우리 태양계의 혜성 만이 혼돈 상태에 있는 금속 증기를 가진 유일한 것은 아니다. 크라쿠프의 Jagiellonian 대학의 Piotr Guzik과 Michal Drahus는 성간 혜성 2l/Borisov의 혼돈 상태에서 니켈 증기의 스펙트럼 특성을 시연했다. 2019년 여름에 발견된 이 덩어리는 외계 별 시스템에서 나왔으며 아마도 이전에는 별에 더 가까이 다가오지 않았을 것이다.

천문학자들은 2l/Borisov가 이미 태양에서 2.3천문 단위 떨어진 곳에 있던 2020년 1월 말 니켈 증기의 스펙트럼 신호를 감지했다. 표면에는 영하 93도 정도의 얼음 온도가 있었다.
"처음에 우리는 태양으로부터 멀리 떨어진 2I/Borisov에 실제로 원자 니켈이 존재할 수 있다는 것을 믿기 어려웠다"고 Guzik는 보고했다.

그러나 모든 데이터 확인을 통해 증거가 확인됐다.
성간 혜성의 혼돈 상태에서도 추위에도 불구하고 기체 금속이 있다. 이것은 다른 행성계의 혜성이 이와 관련하여 몇 가지 공통점이 있음을 나타낼 수 있다. "이제 우리 태양계의 혜성이 다른 행성계의 실제 친척을 가지고 있다고 상상해보십시오. 얼마나 멋진가요?"라고 Drahus는 말했다.

▲ 성간 혜성 2l / Borisov는 혼돈 상태에 니켈 증기를 가지고 있다. © ESO / L. Calçada / O. Hainaut, P. Guzik 및 M. Drahus

답변되지 않은 많은 질문

종합 해보면, 두 결과 모두 혜성에 대한 밑줄을 긋고 그 위에서 일어나는 과정은 완전히 탐구되지 않습니다. 이제 천문학자들은 얼음 덩어리에 실제로 카르보닐이 있는지, 기체 금속의 근원인지 명확히하기 위해 추가 관측을 사용할 수 있기를 바라고 있다.
현재 건설중인 ESO의 Extremely Large Telescope와 같은 새로운 망원경과 장비는 미래에 도움이 될 수 있다.
(Nature, 2021; doi : 10.1038 / s41586-021-03435-0; doi : 10.1038 / s41586-021-03485-4)
출처 : 자연, 유럽 남부 천문대 (ESO)
2021 년 5 월 20 일

[더사이언스플러스]

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