제임스 웹 우주 망원경 알고 보니 태양계 안 ‘이것’까지 본다 [아하! 우주]

[서울신문 나우뉴스]

해왕성 궤도에 있는 모르스-소무스를 관측하는 제임스 웹 우주 망원경의 개념도. 사진=Angela Ramirez, University of Central Florida

과학자들은 지구에서 멀리 떨어진 천체를 관측해 초기 우주의 모습을 연구한다. 멀리 떨어진 천체일수록 더 오래전의 모습이기 때문이다. 예를 들어 110억 광년 떨어진 은하를 관측하면 빛이 지구에 도달하는 데 걸린 시간인 110억 전의 모습을 볼 수 있다.

당연히 더 강력하고 비싼 망원경일수록 더 멀리 있는 천체를 포착할 수 있다. 따라서 인류 역사상 가장 비싸고 강력한 망원경인 제임스 웹 우주 망원경의 주요 목표는 가장 멀리 떨어진 희미한 은하와 블랙홀을 관측하는 것이었다. 하지만 그렇다고 해서 제임스 웹 우주 망원경이 가까운 천체를 관측하지 않는 것은 아니다. 태양계에 있지만, 너무 어두워서 관측이 어려운 희미한 소행성과 태양계의 행성, 위성도 관측 대상이다. 사실 제임스 웹 우주 망원경에 첫 1년 관측 프로젝트의 7%가 태양계 관측에 사용됐다.

센트럴 플로리다 대학(UCF) 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경이 관측한 것 가운데 가장 작은 형태의 천체를 연구했다. 바로 소행성이다. 태양계 외곽에 있는 소행성은 너무 어두워 지구에서 관측하면 대부분 희미하고 작은 점처럼 보인다. 따라서 하지만 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능 덕분에 연구팀은 해왕성과 3:2 궤도 공명을 하는 소행성 쌍성계 341520 모르스-소무스(Mors–Somnus)을 분석할 수 있었다.

모르스-소무스는 지름 60km 정도의 소행성 두 개가 2만 1000km 거리에서 서로를 공전하는 쌍성계 소행성으로 해왕성 궤도와 그 밖을 타원형으로 공전하는 얼음 소행성이다. 이 소행성은 과학자들이 차가운 클래식 TNO(trans-Neptunian objects)로 분류한 소행성 중 하나로 태양계 초기의 물질을 많이 갖고 있는 얼음 천체로 생각된다. 하지만 너무 먼 거리에 있어 정확한 구성 물질을 파악하기 어려웠다.

TNO(trans-Neptunian objects)로 분류한 천체들. 사진=Eurocommuter~commonswiki / CC BY-SA 2.5 Deed

연구팀은 제임스 웹 우주 망원경의 분광 데이터를 이용해서 질소, 산소, 수소, 탄소 등 여러 가지 원소의 비율을 확인할 수 있었다. 그리고 이 소행성의 밀도가 물의 절반 정도인 0.5 g/㎤ 정도에 불과하다는 것도 확인했다. 해왕성 궤도에 있는 태양계 외곽 소행성인 TNO와 이보다 좀 더 먼 거리에 있는 카이퍼 벨트 소행성들은 이렇게 대부분 낮은 온도에서 얼은 물질들이 엉성하게 모인 얼음 천체로 보인다.

사실 정확한 크기와 밀도, 구성 물질을 확인하기 위해서는 뉴허라이즌스호가 확인한 소행성 486958 아로코트(Arrokoth)처럼 직접 탐사선을 보내 확인하는 것이 가장 정확하다. 하지만 현실적으로 해왕성이나 명왕성보다 더 멀리 떨어진 작은 소행성에 일일이 탐사선을 보내는 것은 가능하지 않은 일이다. 제임스 웹 우주 망원경은 직접 가서 확인할 수 없는 차가운 얼음 소행성을 관측해 아직도 많은 미스터리를 간직한 태양계 외곽의 비밀을 풀고 있다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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