태양계 바깥쪽의 얼음 행성이 예상치 못한 대기를 드러낸다

천문학자들은 해왕성 궤도 너머 태양 주위를 공전하는 작고 얼음이 많은 물체 주위의 얇은 대기를 감지했습니다. (612533) 2002 XV93이라고 불리는 천체는 반경이 약 250km이며 지구에서 거의 60억km 떨어진 카이퍼 벨트에 위치하고 있습니다. 이 발견은 이번 월요일(4) 저널 “Nature Astronomy”에 게재되었으며 천체가 안정된 대기를 유지할 수 있다는 기존 개념에 도전했습니다.

현재까지 명왕성만이 해왕성 횡단 천체들 사이에서 확인된 대기를 가지고 있습니다. Eris, Makemake 및 Quaoar와 같은 더 큰 왜소 행성의 대기를 탐지하려는 이전 시도에서는 비슷한 결과가 나오지 않았습니다.

항성 엄폐에 의한 관찰로 식별 가능

일본 국립천문대(National Astronomical Observatory)의 천문학자 고 아리마쓰(Ko Arimatsu)가 이끄는 팀은 항성 엄폐(stellar occultation)라는 정확한 방법을 사용했습니다. 이 기술에서는 물체가 지구에서 보이는 별 앞을 지나며 일시적으로 별의 빛을 차단합니다. 시간이 지남에 따라 이 밝기가 어떻게 감소하는지 분석하면 크기, 모양, 주변 물질의 존재 등 천체의 특성을 식별할 수 있습니다. 이 방법은 대기의 존재를 확인하는 데 결정적인 역할을 했습니다.

관찰은 2024년 1월 10일 일본의 세 가지 전략적 지점에서 이루어졌습니다.

• 교토대학 테라스에 설치된 소형 망원경
• 고해상도 시간해상도 카메라가 장착된 기소 천문대의 1.05미터 슈미트 망원경
• 후쿠시마의 아마추어 천문학자 호소이 카츠마사가 작동하는 25cm 망원경

빛의 점진적 패턴으로 가스의 존재 확인

대기가 없는 물체는 특징적인 패턴을 나타냅니다. 별의 빛은 숨겨지면 갑자기 사라집니다. (612533) 2002 XV93은 완전히 다르게 작동했습니다. 빛은 엄폐가 진행되는 동안 점차 어두워졌는데, 이는 물체 주위에 얇은 가스 층이 존재함을 나타내는 신호입니다. 이 가스는 완전히 차단되기 전에 광선을 약간 구부려 관찰된 효과를 생성합니다.

수집된 데이터에 따르면 대기압은 100~200나노바 사이인 것으로 나타났습니다. 맥락에 맞게 말하자면, 이 측정값은 지구 대기보다 약 500만~1천만 배 더 얇다는 것을 나타냅니다. 극도로 가벼움에도 불구하고, 이 가스층의 확인은 우주의 작은 물체에 대한 대기의 형성과 지속성을 이해하는 데 상당한 진전을 의미합니다.

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화학 성분은 열려 있습니다

연구원들은 감지된 가스의 화학적 구성에 대해 메탄, 질소 또는 일산화탄소라는 세 가지 가능한 시나리오를 테스트했습니다. 세 가지 모델은 수집된 관측 데이터와 호환되는 것으로 나타나 현재로서는 실제 구성의 최종 식별을 방해합니다. 이 화합물은 명왕성의 대기를 형성하는 화합물과 정확히 동일하며, 이는 해왕성 너머 물체들 사이에 공통된 화학적 기원이 있음을 시사합니다.

어떤 가스가 대기를 지배하는지 구별하는 것이 불가능하다고 해서 발견의 과학적 가치가 감소하는 것은 아닙니다. 이는 보다 진보된 장비나 대체 관찰 방법을 사용하여 후속 연구를 위한 새로운 길을 열어줍니다.

해왕성 횡단 기관 이해에 대한 시사점

이렇게 작고 먼 물체에 대기가 존재한다는 사실은 이전의 이론 모델을 재구성합니다. 과학자들은 상당한 크기의 물체만이 태양 복사열과 태양풍의 압력에 맞서 가스를 보유할 수 있다고 믿었습니다. (612533) 2002 XV93은 이 규칙에 예외가 있음을 보여줍니다. 상대적인 크기와 태양으로부터의 거리는 얇은 가스 봉투를 유지하기 위한 독특한 조건을 만듭니다.

다른 카이퍼 벨트 물체에 대한 향후 연구에서는 이 대기가 고립된 사례인지 아니면 더 일반적인 현상인지를 밝힐 수 있습니다. 이번 발견으로 검증된 항성 엄폐 방법론은 태양계의 극한 지역에서 대규모 조사를 위한 실행 가능한 경로를 제공합니다.