“성간 방문객 ‘오무아무아’, 우주선 아닌 가스 덩어리” (연구)

[서울신문 나우뉴스]

방출되는 수소는 신비한 성간 물체 ‘오무아무아’의 속도를 높일 수 있다.(출처:NASA, ESA and Joseph Olmsted and Frank Summers of STScI)

2017년 태양계에 깜짝 등장한 성간 물체 '오무아무아'는 과학자들을 당혹스럽게 만들었다. 미국의 두 과학자가 이 문제적의 우주 암석의 미스테리 중 하나를 풀었다고 새 연구에서 밝혔다. 

'오무아무아'는 처음에는 소행성으로 간주되었으나 나중에는 혜성일 가능성이 있는 것으로 재조정되었다. 그러나 일부에서는 외계 우주선일 가능성도 꾸준히 거론되었다. 

길이 200m의 '오무아무아'는 2017년 말 태양계를 중심부를 통과했다. 짧은 방문 기간 동안 이 우주 암석은 지구와 달 거리의 약 62배에 해당하는 2400만km 이내까지 지구에 접근했으며, 발견된 지 몇 주 후 우리 시야에서 영원히 사라졌다. 

이 짧은 기간 동안 이루어진 관측으로 오무아무아가 '쌍곡선' 궤도라고 부르는 궤도상에 있다는 것이 이내 증명되었다. 이 궤도는 우주 암석이 우리 태양계에 속한 것이 아니라, 단지 성간 공간에서 날아와 태양계를 통과하는 것을 나타내는 부메랑 모양의 궤적으로, 한 번 지난쳐간 후로는 두번 다시 이 우주 암석을 볼 수 없다는 뜻이다. 

최초로 관측된 성간 천체 '오무아무아'는 전 세계의 천문학자들을 자극하는 센세이션을 불러일으켰는데, 그들은 이 성간 물체에 대한 모든 것을 배우기 위해 이용 가능한 모든 데이터를 파헤쳤다. 

과학자들이 해답을 찾기 위해 고군분투한 질문 중 하나는 이 우주 암석이 태양을 돌면서 속도가 증가하는 것처럼 보이는 현상이었다. 행성이나 별과 같은 큰 물체는 혜성과 소행성을 포함한 작은 물체를 가속하는 중력 도움을 줄 수 있다. 그러나 태양계 혜성보다 3배 빠른 초속 87km로 순항한 '오무아무아'의 가속도의 경우는 이러한 중력도움으로는 설명할 수 없었다.

이 가속은 많은 과학자들로 하여금 '오무아무아는 혜성임에 틀림없다'는 결론을 내리게 했다. 태양계의 혜성은 태양 가까이에서 가열됨에 따라 얼음 핵에서 증발하는 물과 먼지로부터 추가 운동량을 받는다. 또한 혜성은 가스 방출에 의해 빛나는 꼬리를 늘어뜨리는 특징을 보인다. 하지만 '오무아무아'는 이러한 꼬리의 흔적을 전혀 보이지 않았다. 

많은 과학자들이 '오무아무아'의 가속 이면에 있는 메커니즘을 해석하려고 노력했지만, 제안된 모든 아이디어에는 실제 상황과 상당한 차이가 있었다.

새로운 연구에서 캘리포니아 대학 화학 조교수인 제니퍼 베르그너와 코넬 대학의 미국 국립과학재단의 박사후 연구원인 대릴 셀리그만은 새로운 이론을 제안하며, 마침내 이 문제는 매듭지어진 것으로 보인다. 

셀리그만 박사는 "나는 몇 년 동안 오우무아무아의 가스 방출을 설명하려고 노력해왔다"라고 전제한 셀리그만은 "처음에는 혜성 핵에서 방출되는 가스에 먼지가 그리 많지 않을 것이라고 봤지만, 나중에 수소와 같이 일반적인 혜성에서 볼 수 있는 것보다 더 많은 휘발성 물질, 곧 질소나 일산화탄소로 구성됐을 것으로 생각이 바뀌었다"고 밝히면서 "그러나 이러한 각각의 설명에는 이론적인 문제점이 여전히 존재한다"라고 덧붙였다. 

예를 들어, 수소가 '오무아무아' 크기의 물체로 얼기 위해서는 극도로 낮은 온도가 필요한데, 과학자들은 이러한 물체가 형성되는 고밀도의 분자 구름 내부에서 그만한 온도가 유지되리라고는 예상하지 않는다고 셀리그만은 설명한다. 질소는 은하계에서 예상되는 그러한 물체의 양을 설명할 수 있을 만큼 충분치 않다고 그는 덧붙였다. 

연구진은 성명서에서 "성간 매체를 통해 이동하는 혜성은 기본적으로 우주 방사선에 의해 가열되어 결과적으로 수소를 형성한다"라고 말하면서 "오무아무아에 이런 일이 일어난다면 내부에 갇혀 있던 수소 같은 가스가 태양 에너지에 가열되어 방출될 것이라고 생각한다"고 밝혔다. 

연구진의 계산은 이론적으로 이 수소 방출의 힘이 '오마아무아'의 이상한 가속을 설명할 수 있음을 보여주었다. 실제로 천문학자들은 40년 이상의 실험적 연구에서 우주선(宇宙線)에 존재하는 고에너지 입자가 물 얼음에서 분자 수소를 분리할 수 있을 뿐더러 얼음 블록 내부에 가두어둘 수 있음을 입증한 바 있다.

'오무아무아'는 영원히 사라졌지만 셀리그만은 새로운 성간 방문자가 곧 발견되어 천문학자들이 남아 있는 질문에 대한 답을 찾는 데 도움이 되고, 우리은하의 다른 항성계를 들여다볼 수 있는 창을 제공하기를 바라고 있다. 

새 연구는 '네이처' 온라인판 3월 22일자에 발표됐다. 

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com