‘명왕성 크기’ 소행성 충돌 현장 포착

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https://m.nownews.seoul.co.kr/news/science/spaceNnature/2014/12/20/20141220601006
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수정 2014-12-23 10:24

입력 2014-12-20 16:22

**HD 107146에서 소행성이 충돌하는 모습의 개념도** (출처 미 국립 전파 망원경 관측소 등)

광활한 우주에서도 충돌 사고는 일어날 수 있다. 별은 물론이고 은하끼리도 서로 충돌할 수 있다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 그런데 최근 천문학자들은 저 멀리 외계 행성계에서 명왕성만 한 크기의 소행성이 충돌한 흔적을 발견했다. 우리 태양계에서라면 당장에는 일어나기 힘든 일이지만 저 멀리 새롭게 형성되는 행성과 소행성의 모임인 원시행성계원반(protoplanetary disk)에서는 이런 충돌 사고가 자주 발생할 수 있다. 그러나 거리가 워낙 멀리 떨어진 장소에서 일어난 일이라 지금까지 그 증거를 발견하지는 못했는데, 이번에 그 증거가 발견된 것이다.

하버드-스미스소니언 천문학센터(CfA)의 루카 리치를 비롯한 천문학자들은 세계에서 가장 강력한 전파 망원경인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, 알마)를 이용해서 이 드문 현상을 관측하는 데 성공했다. 본래 이들이 HD 107146을 관측한 이유는 우리 태양계의 어린 시절을 연구하기 위해서였다.

**ALMA 전파 망원경에 관측된 충돌 이미지** (출처 미 국립 전파 망원경 관측소 등)

시간을 거꾸로 되돌리지 않는 이상 태양계 초기의 모습이 어떠했는지를 직접 관측하기는 불가능하다. 하지만 태양과 비슷한 별이 탄생하는 장소를 망원경으로 관측하면 태양계 초기에 일어났던 일을 재구성할 수 있다. 우리가 사는 태양 역시 우주를 지배하는 일반적인 물리 법칙에 의해 생성된 만큼 과거에 있었던 일이 지금도 반복되기 때문이다.

그런데 ALMA의 데이터를 분석한 과학자들은 매우 흥미로운 사실을 발견했다. 이 별은 태양의 젊었을 때와 매우 흡사한 모습을 하고 있어서 연구 대상으로 선정되었는데, 독특하게도 태양 - 해왕성 거리의 2.5배에 달하는 거리인 모항성에서 130억km 떨어진 지점에 거대한 먼지와 가스의 고리가 존재한다. 그런데 이 고리에서 밀리미터 크기의 먼지의 농도가 갑자기 증가한 것이 천문학자들의 눈길을 끈 것.

이미 천문학자들은 시뮬레이션과 관측 결과를 통해 이 고리에서 명왕성만 한 크기의 천체들이 형성되었다는 것을 추정한 바 있다. 시간이 지나면서 먼지 고리의 입자와 가스들은 중력에 의해 뭉쳐 소행성과 행성으로 성장하게 될 것이다. 그런데 거꾸로 작은 먼지의 숫자가 급증했다는 것은 놀라운 일이다.

이것을 설명할 가장 가능성 높은 이론은 위의 그림처럼 명왕성만큼 큰 천체가 그보다 약간 작은 소행성과 충돌해 산산조각이 났다는 것이다. 그러면 갑자기 작은 입자의 수가 증가한 것을 잘 설명할 수 있다. 마치 자동차가 부딪치면 사고 현장 주변에 작은 파편들이 깔리는 것과 비슷한 이치다.

아마도 이와 같은 일은 아직 성장 중인 원시 행성계 원반에서 드물지 않게 일어날 것이다. 소행성들과 미행성들이 합체되어 점점 더 크게 자라기 위해서는 적당한 각도에서 적당한 크기의 천체들이 적당한 속도로 충돌해야 한다. 큰 천체에 작은 소행성이 충돌하면, 결국 흡수되어 크기가 더 커질 것이다. 하지만 크기가 거의 비슷한 천체들이 전속력으로 충돌한다면 둘 다 파괴될 수밖에 없다.

행성 하나가 탄생하기까지는 아마도 수많은 충돌과 파괴, 합체의 역사가 있었을 것이다. 우리 지구 역시 현재의 모습이 되기 전에 테이아(Theia)라는 화성 크기의 천체와 충돌한 것으로 여겨지고 있다. 이 충돌의 결과로 지구와 달이 탄생했다는 충돌설이 현재 가장 설득력 있게 받아들여지고 있는데, 우주에서의 충돌은 더 큰 창조를 위한 밑거름인 셈이다. 과연 HD 107146에서의 충돌은 미래에 어떤 결과를 낳게 될지 궁금하다.