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- 앙그라이트는 우리 태양계에서 가장 오래된 운석
- 젊은 태양의 원시 행성 원반에서 최초의 고체 물질 결정화된 후 수백만 년 만에 형성
- 알려진 68개의 앙그라이트가 달이나 행성 크기의 천체에서 떨어져 나온 파편일 가능성이 있다고 추측

운석이 사라진 원시 행성에 대한 단서 제공

사라진 세계:
지구가 형성되기 전, 달이나 화성 크기의 원시 행성이 태양계 내부에 이미 존재했다. 이후 파괴된 이 천체가 특이한 앙그라이트 운석의 기원일 가능성이 있다는 새로운 분석 결과가 나왔다. 이 분석에 따르면, 이 운석에 포함된 광물들은 거대한 원시 천체 내부의 고압 환경에서 형성되었을 것으로 추정된다. 연구진은 당시 행성 형성의 또 다른 경로가 존재했을 가능성도 제시하고 있다. 

▲ 지구가 형성되기 이전에도 태양계 안쪽에는 더 큰 원시 행성이 존재했을 가능성이 있으며, 이것이 희귀한 앙그리트 운석의 기원이 된 천체일 수 있다.

 

초기 태양계는 위험한 곳이었다. 회전하는 가스와 먼지 원반 속에서 점점 더 큰 덩어리들이 형성되어 끊임없이 서로 충돌하고 뭉쳐 행성의 구성 요소를 만들었다. 불안정한 궤도와 중력적 난류는 미행성체와 심지어 거대한 원시 행성들까지 격렬하게 충돌하게 했다. 지구의 달 역시 당시 초기 지구가 원시 행성 테이아와 충돌하여 형성되었다.

앙그라이트의 수수께끼

천문학자들은 오랫동안 매우 희귀한 운석이 태양계 초기에 아직 발견되지 않은 원시 행성에서 유래했을 가능성을 제기해 왔다. 이른바 앙그라이트는 우리 태양계에서 가장 오래된 운석들 중 하나로, 젊은 태양의 원시 행성 원반에서 최초의 고체 물질이 결정화된 후 불과 수백만 년 만에 형성되었다.

그 결과, 앙그라이트는 지구, 화성, 그리고 태양계 내측의 다른 암석형 행성 및 소행성과 화학적 조성이 근본적으로 다르다. 규산염 함량이 적고 알칼리 금속도 소량이며, 마그마 활동의 흔적을 보이고, 독특한 동위원소 비율을 나타낸다. 현재까지 이 운석이 유래했을 것으로 추정되는 소행성은 발견되지 않았다. 대신, 행성 과학자들은 알려진 68개의 앙그라이트가 달이나 행성 크기의 천체에서 떨어져 나온 파편일 가능성이 있다고 추측한다.

콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스의 애런 벨 교수와 그의 동료들은 "수많은 지구화학적, 동위원소적, 고지자기적 데이터는 앙그라이트 모체가 부분적으로 녹아 마그마 바다와 금속 철-니켈 핵을 형성할 만큼 충분히 컸음을 시사한다"고 설명했다.

규산염 결정이 형성 조건을 밝혀내다

그러나 이 가상의 앙그라이트 모체의 크기는 여전히 논쟁의 여지가 있다. 이 문제를 해결하기 위해 벨 교수 연구팀은 새로운 방법을 사용하여 희귀한 앙그라이트 중 하나를 조사했다. "우리는 새로운 클리노피록센 액체 지압계를 개발, 테스트 및 적용했다"고 그들은 설명한다. 이 장비를 통해 연구자들은 칼슘과 알루미늄을 함유한 특정 규산염 결정인 클리노피록센이 형성될 당시의 압력과 온도 조건을 재구성할 수 있다. 이러한 규산염은 앙그라이트에서도 소량 발견된다.

▲ 앙그리트 운석 NWA 12774의 단면. © John Kashuba

그러나 이 가상의 앙그라이트 모체의 크기는 여전히 논쟁의 대상이다. 이를 명확히 하기 위해 벨 교수 연구팀은 새로운 방법을 사용하여 희귀한 앙그라이트 중 하나를 조사했다. 실험 대상은 2019년 사하라 사막에서 발견된 운석 NWA 12774였다. 이 운석은 약 450g의 작은 암석 조각이다. 이 앙그라이트의 내부는 미세한 입자의 어두운 기질로 이루어져 있으며, 그 안에 감람석과 휘석 결정이 박혀 있다. 벨과 그의 연구팀은 새로운 측정 방법을 사용해 이 앙그라이트 샘플을 분석했다.

달이나 화성만큼 큰 크기

결과:
"CaTs 액체 기압계를 사용해 NWA 12774의 평균 결정화 압력을 측정한 결과 17킬로바 이상이 나왔다"고 연구팀은 보고했다. "이 압력은 앙그라이트의 모체가 최소 반지름 약 1천km에 달하는 거대한 크기였음을 시사한다." 운석에 있는 단사휘석 결정의 날카로운 모서리가 비교적 잘 보존되어 있다는 점 또한 이 암석 물질이 심해에 오래 머물지 않고 비교적 빠르게 지표면으로 운반되었음을 나타낸다고 벨과 그의 연구팀은 보고했다.

연구진에 따르면, 앙그라이트 운석은 훨씬 더 큰 모체 천체의 수백 킬로미터 깊이의 층에서 형성되었을 가능성이 있다. "이 경우 앙그라이트 모체의 최소 반지름은 1천800킬로미터에 달할 것이다"고 그들은 설명했다. 이 운석들이 유래된 원시 행성의 구성 요소는 지구의 달이나 어쩌면 화성 정도의 크기였을 수도 있다.

행성 형성은 초기에는 다른 방식으로 진행되었을까?

벨과 그의 동료들은 "우리의 기압 측정 결과는 거대한 앙그라이트 모체 가설을 뒷받침하는 최초의 명확한 증거다"며, "이 가설에 따르면, 앙그라이트 운석은 태양계 내부 발달 초기 단계에서 파괴적인 충돌을 겪은 원시 행성에서 유래했다"고 말했다. 당시 파괴된 이 원시 행성은 지구, 화성, 그리고 다른 행성들보다 먼저 존재했어야 한다.

"이 앙그리트 원시행성은 지구와 화성을 형성한 물질과는 근본적으로 다른 물질로 구성되어 있었다"고 벨은 말했다. "따라서 이 초기 원시행성의 존재는 초기 시대에 원시행성이 형성된 독자적인 경로를 시사한다."

원시행성이 파괴된 후에야 우리 지구가 형성되기 시작했다. 지구에는 아직 발견되지 않은 이 오래전에 사라진 천체의 잔해가 남아 있을 가능성도 있다. 하지만 현재까지는 앙그리트 운석이 이 고대 대격변의 유일한 증거다.
출처: Aaron Bell (University of Colorado, Boulder) et al., Earth and Planetary Science Letters, 2026; doi: 10.1016/j.epsl.2026.120029

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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