태양계 바깥에서 날아온 세 번째 성간 천체인 3I/ATLAS 혜성이 태양계 내부 혜성들에 비해 가스를 절반 수준의 속도로만 방출하고 있다는 정밀 관측 결과가 나왔다. 미국 텍사스주 오스틴 연구진이 주도한 분광 관측에 따르면, 이 천체는 얼어붙은 핵 주변 코마 영역에서 극저온 상태임에도 중성 중금속 성분을 뚜렷하게 뿜어내고 있는 것으로 확인됐다.
연구팀은 혜성의 가스 구름에서 통상적인 환경에서는 쉽게 기화하지 않는 중성 철(Fe I)과 중성 니켈(Ni I)의 강한 방출선을 명확하게 식별했다. 텍사스대학교 오스틴 맥도널드 천문대 부소장이자 이번 연구를 이끈 아니타 코크란(Anita Cochran) 수석연구원은 3I/ATLAS 관측을 통해 이 천체가 형성된 모항성계의 환경과 긴 성간 여행 과정을 들여다볼 수 있는 중요한 단서를 확보했다고 설명했다.
텍사스 맥도널드 천문대 VIRUS 분광 장비로 분석한 8만 5천 킬로미터 가스 구름
이번 정밀 데이터는 텍사스주 포트 데이비스에 위치한 맥도널드 천문대의 하비-에벌리 망원경과 여기에 부착된 VIRUS 면분광기를 통해 확보됐다. 관측 장비는 고체 핵으로부터 태양을 향해 8만 5천 킬로미터 이상 뻗어나간 휘발성 화합물의 확산 과정을 상세히 포착했으며, 중금속 성분 외에도 시아노겐, 삼탄소, 메틸리딘, 이탄소 등 전형적인 혜성 분자들을 함께 기록했다.
그러나 이 가스 외피층의 동역학적 확산 양상은 태양 주위를 도는 일반적인 천체 모델과 뚜렷한 차이를 보였다. 태양 복사열을 흡수해 일정한 비율로 팽창하는 태양계 고유 혜성과 달리, 3I/ATLAS의 가스 흐름은 동일한 궤도 거리 기준 표준치의 약 50% 수준으로 감속되어 기존의 화학적 확산 방정식을 재검토하게 만들었다.
해당 연구 논문은 미국 행성과학저널(The Planetary Science Journal)에 정식 게재 승인되었으며, 텍사스대학교 오스틴과 벨기에 리에주대학교, 일본 교토상요대학교 연구진이 공동으로 참여했다. 집필진에는 하비-에벌리 망원경 소속 그레고리 자이만(Gregory Zeimann) 천문학자와 교토상요대학교 고야마 우주과학연구소 부소장인 가와키타 히데요(Hideyo Kawakita) 교수가 이름을 올렸다.
3I/ATLAS 혜성의 관측 거리와 분출 속도에 관한 주요 수치
- 공식 명칭: 성간 혜성 3I/ATLAS 및 임시 분류 번호 C/2025 N1 (ATLAS)
- 최초 발견 일자: 2025년 7월 1일 칠레 리오 우르타도 소재 ATLAS 전천 탐사 망원경
- 성간 천체 분류 순위: 1I 오우무아무아 및 2I 보리소프에 이은 세 번째 태양계 통과 성간 천체
- VIRUS 분광 관측 수행 일자: 2025년 12월 9일
- 측정 당시 태양과의 거리: 2.03 천문단위(AU)
- 데이터 수집 당시 지구와의 거리: 1.83 천문단위(AU)
- 가스 분포 정밀 매핑 범위: 핵 중심부에서 태양 방향으로 85,000킬로미터 이상
- 상대적 가스 방출 속도: 태양계 혜성 대비 50% 수준으로 측정
극저온 심우주 환경에서 포착된 중성 철과 니켈 방출선 분석
기체 상태의 철과 니켈 원자가 저온 영역에서 다량 검출된 점은 국제 천체물리학계에서 대단히 이례적인 현상으로 평가받고 있다. 일반적으로 금속 원자는 암석이나 광물 결정 속에 단단히 결합되어 있어 고온의 항성 근접부가 아니면 쉽게 증기 상태로 전환되지 않는다. 그러나 관측 당시 3I/ATLAS는 태양과 지구 사이 거리의 두 배가 넘는 2.03천문단위에 머물러 있었기 때문에 단순한 열적 승화로는 이 같은 금속 방출을 설명하기 어렵다.
이에 따라 해당 성간 천체가 탄생 당시의 원시 성운에서 유래한 특이한 휘발성 물질을 그대로 품고 있을 가능성이 제기된다. 연구진은 암석 광물이 직접 증발한 것이 아니라 태양 복사선에 의해 카보닐 화합물이나 유기 금속 복합체가 분해되면서 철과 니켈 원자가 우주 공간으로 방출되었을 것이라는 유력한 가설을 제시했다.
1I 오우무아무아와 2I 보리소프의 뒤를 잇는 세 번째 성간 천체
3I/ATLAS는 인류가 관측에 성공한 성간 기원 천체 중 세 번째 사례로 천문학사에 기록됐다. 앞서 2017년에는 길쭉한 형태와 먼지 꼬리가 없는 특성을 지닌 소행성 형태의 1I 오우무아무아가 포착되었고, 2년 뒤인 2019년에는 태양계 내부 혜성과 매우 흡사한 물리 화학적 특징을 지닌 2I 보리소프가 발견된 바 있다.
이번 관측 결과는 은하계 곳곳에서 행성이 형성되고 남은 잔해들이 성간 공간을 끊임없이 떠돌아다닌다는 사실을 다시금 증명한다. 2025년 7월 1일 칠레 ATLAS 관측망을 통해 처음 식별된 이 천체는 2025년 10월 말 태양에 가장 가깝게 접근한 뒤 다시 외계 심우주로 빠져나가는 쌍곡선 궤도를 그리고 있다.
이산화탄소 비중 가설과 고유 성간 물질 기원을 규명할 향후 연구
가스 방출 속도가 일반적인 혜성의 절반으로 억제된 근본적인 원인은 아직 완전히 결론지어지지 않았다. 연구진이 제시한 가장 유력한 가설은 무거운 분자량을 지닌 고밀도 이산화탄소의 비율이 높아 전체 가스 흐름의 팽창 속도를 늦추고 있다는 분석이다.
이러한 대기 가설을 명확히 입증하기 위해서는 2025년에 수집된 관측 자료를 추가로 정밀 분석하고 광화학 시뮬레이션을 확장하는 작업이 요구된다. 후속 연구가 진전되면 3I/ATLAS가 탄생한 모항성계의 초기 화학적 조성과 성간 이동 중 겪은 진화 과정이 더욱 명확히 밝혀질 전망이다.
