지구의 물은 어디서 왔을까? 고대 소행성족에게 답이 있다 [아하! 우주]

[서울신문 나우뉴스]

소행성 충돌 그래픽. 이 같은 충돌이 나중에 더 작은 소행성족을 형성했다.(출처: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)

한때 지구에 물을 가져왔다고 믿어지는 원시 소행성족의 작은 우주 암석들이 태양계 생성의 역사를 들여다볼 수 있는 창을 제공하고 있다.​

태양계에서의 생명은 수많은 위험에 노출될 수 있다. 역사상 수많은 충돌이 일어났기 때문이다. 예컨대, 달을 형성한 거대 충돌이나 수성 표면을 수많은 분화구들로 뒤덮게 한 무수한 충돌 사건을 생각해보라. 화성과 목성 사이에 위치한 소행성대의 큰 소행성들도 때때로 충돌했다. ​

그런 일이 발생하면 그 소행성은 더 작은 조각으로 부서진다. 이 같은 사건은 수십 개의 작은 우주 암석을 생성할 수 있다. 당연히 동일한 원본 개체에서 나온 많은 암석 조각들은 유사한 궤도를 따라 이동하는 공통점을 갖는다. 천문학자들은 이러한 소행성 그룹을 ‘소행성족’이라 부른다.​

소행성대에는 120개가 넘는 ‘소행성족’이 존재하는 것으로 알려져 있다. 벨트에서 두 번째로 큰 물체인 4 베스타의 이름을 딴 베스타 계열과 같은 일부는 화학적 변화의 증거를 보여준다. 지나치게 덩치가 큰 베스타는 가열과 분화라는 과정을 거쳤다. 이 과정을 통해 더 무거운 원소들이 핵으로 가라앉아 다양한 층을 형성한 후 다른 소행성과 부딪혀 부분적으로 부서졌다.​

그러나 소행성족 중 8개는 원시 화학을 유지하고 있다. 이들 샘플의 원시적 구성이 이 소행성족의 조상 소행성이 형성되었을 때 우리 태양계의 상태에 대한 새로운 통찰을 제공할 수 있기 때문에 천문학자들은 이러한 원시 샘플에 매우 관심이 크다. 그들은 우리가 고대 태양계의 비밀을 들여다보는 데 도움을 줄 수 있는 것이다. ​

이 같은 이유로 미국 센트럴플로리다 대학의 행성 과학자 노에미 피닐라-알론소는 이러한 소행성군의 화학적 구성을 기록하기 위해 원시 소행성 분광 조사(PRIMASS)라는 프로젝트를 공동 주도하고 있다.​

최근 피닐라-알론소의 박사과정 준비생 브리터니 하비슨 덕분에 그 작업이 완료되었다. 그는 PRIMASS 프로젝트를 위해 연구할 마지막 소행성인 에리고네 족 원시 소행성에 대한 적외선 관측을 연구하는 임무를 맡았다. 에리고네 족은 상당히 젊은 가족인데, 이를 만든 충돌이 불과 1억 3천만 년 전에 발생한 것으로 추산되기 때문이다.​

하비슨은 성명에서 “지구가 초기 태양계의 원시 소행성으로부터 물의 일부를 받았을 수 있다는 이론이 있다”라고 전제한 후 “이 이론의 큰 부분은 이러한 원시 소행성이 어떻게 지구 경로로 운반되었는지 이해하는 것이다. 따라서 오늘날 태양계의 원시 소행성을 탐험하면 과거에 무슨 일이 일어났는지 그림을 그리는 데 도움이 될 수 있다”라고 설명한다.​

하비슨은 하와이에 있는 NASA의 구경 3.2m 적외선 망원경 시설과 스페인 카나리아 제도에 있는 로크 데 로스 무차초스 천문대의 3.6m 구경 갈릴레오 국립망원경(TNG·Telescopio Nazionale Galileo)으로 촬영한 근적외선 관측을 사용하여 에리고네 족 25개 우주 암석의 구성을 분석했다. 이 그룹의 이름은 가장 큰 구성원인 72km짜리 소행성 163 에리고네의 이름을 따서 명명되었다.​

하비슨은 163 에리고네를 포함하여 에리고네 족의 43%가 C형 탄소질 소행성이라는 사실을 발견했다. 이는 탄소가 풍부하다는 것을 의미한다. 에리고네 계열 중 상당수가 C형 소행성이라는 사실은 그리 놀라운 일이 아니다.

왜냐하면 이것이 일반적으로 가장 일반적인 유형의 소행성으로, 종종 수화되거나 수분을 함유한 광물의 증거를 포함하고 있기 때문이다. 따라서 C형 소행성은 실제로 지구에 물을 공급할 수 있는 유력한 후보다.​

나머지 에리고네 족의 경우 28%는 X형 소행성으로 나머지 무리와 비슷한 스펙트럼을 갖는 다른 종류일 가능성이 높다. 탄소질 소행성의 변형인 B형은 에리고네 족의 11%를 구성하고, 미지의 T형은 7%를 구성한다. 또한 실제 가족 구성원이라기보다는 비원시적인 침입자로 보이는 돌투성이 L형과 S형도 있다.

루시는 2025년 4월 20일 지름 4km의 소행성 52246 도널드요한슨을 탐사한다.(출처/NASA)

그러나 하비슨의 주요 발견은 에리고네 족 구성원이 모두 다른 원시 소행성 가족에서 반복되지 않는 유사한 기본 구성을 공유한다는 사실이다. 실제로 모든 소행성족은 각기 다른 수분 공급 수준을 가지고 있다. 수분 함량이 가장 높은 소행성을 일치시킬 수 있으면 지구에 물을 가져온 ‘범인’을 찾을 때 천문학자들이 올바른 방향을 찾는 데 도움이 될 것이다.​

에리고네 족은 수분이 너무 많아서 이제 천문학자들의 주요 목표가 되었다. 공교롭게도 목성의 트로이 소행성으로 향하는 NASA의 루시 우주 임무는 먼저 지름 4km의 소행성 52246 도널드요한슨을 방문할 예정이다.

이 소행성은 트로이 군에 위치하며, 130만 년 전 생성되었을 것이라고 추측된다. 미국 고생물학자의 이름을 딴 이 C형 소행성은 에리고네 족에 속하므로 과학자들은 루시가 2025년 4월 20일에 지나갈 때 자세히 관찰할 수 있을 것으로 생각한다.​

PRIMASS 팀은 또한 올 여름부터 제임스웹 우주망원경으로 에리고네 족(및 기타 원시 소행성)을 관찰하는 데 성공했다. JWST와 루시의 발견은 이러한 고대 물체의 역사를 더욱 밝혀내고 태양계와 지구의 과거에 대한 지식의 빈 공간을 메우는 데 크게 기여할 것으로 보인다.​

하비슨의 연구는 ‘이카루스’ 저널 2024년 4월호에 게재되었다.

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com ​

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