65억㎞ 거리 우주에 ’붉은 눈사람’…다디단 ‘과일 맛’ 나는

곽노필의 미래창
명왕성 너머 얼음 천체 소행성 아르코스
우주방사선 노출 메탄올이 당분자 생성

미 항공우주국의 우주탐사선 뉴허라이즌스가 근접비행하면서 촬영한 아로코스. 미 항공우주국 제공

지금까지 인류가 보낸 우주탐사선이 만난 가장 먼 거리의 천체는 명왕성 너머에 있는 소행성 아로코스(Arrokoth)다. 명왕성보다 16억㎞ 더 먼 65억㎞ 거리에 있다. 지구에서 태양까지 거리의 43배나 된다.

2014년 처음 발견된 이 천체는 2019년 카이퍼벨트를 통과하던 미 항공우주국(나사)의 우주선 뉴허라이즌스가 근접비행하면서 구체적인 모습이 처음으로 드러났다. 카이퍼벨트는 먼지와 얼음으로 이뤄진 천체들이 집중적으로 몰려 있는 해왕성 궤도 바깥의 고리 모양 영역이다.

우주선 카메라에 잡힌 아로코스는 두 개의 작은 천체를 이어 붙인 땅콩 또는 눈사람 모양을 하고 있다. 색상은 불그스름하다. 양쪽 끝의 거리는 36㎞로 추정된다. 과학자들은 46억년 전 태양계 형성 초기에 2개의 작은 천체가 차량 접촉사고 정도의 속도로 서로 충돌하면서 원래의 모양을 그대로 유지한 채 합쳐진 것으로 추정한다.

애초 ‘울티마 툴레’(Ultima Thule, 미지의 세계란 뜻)라는 이름이 붙여졌으나 나중에 아로코스(하늘이란 뜻)로 바뀌었다.

아로코스 표면의 풍부한 당분과 붉은색을 보여주는 그림. © Cornelia Meinert

아로코스의 붉은색 정체는?

과학자들의 가장 큰 관심을 끈 것 가운데 하나는 붉은색의 정체였다.

과학자들은 이 천체에서 감지된 풍부한 메탄올 얼음에 주목했다. 아로코스에 쏟아지는 은하 우주방사선이 메탄올 얼음을 유기분자로 변환하면서 붉은색을 띠게 되는 것으로 생각했다. 하지만 이 과정이 어떻게 진행되는지는 설명할 수 없었다.

미국 하와이대가 중심이 된 국제연구진이 모의 실험을 통해 그 답을 찾아내 미 국립과학원회보(PNAS)에 발표했다.

연구진은 얼어붙은 메탄올과 일산화탄소를 은하 우주선 대용인 고에너지 전자에 노출시키는 모의실험을 한 결과, 아로코스 표면의 붉은색 정체는 단맛이 나는 물질이라고 밝혔다. 연구진은 영하 233도에서 아로코스가 은하 우주선에 18억년 동안 노출되는 상황을 연출했다. 일산화탄소를 실험에 포함시킨 것은 메탄올이 방사선에 노출될 때 잘 생성되기 때문이다.

모의실험 결과 방사선이 얼음에 일련의 화학반응을 일으키면서 다환방향족 탄화수소(PAH) 등 탄소가 풍부한 분자들이 생성됐다. 그 중엔 리보스(5탄당), 포도당(6탄당) 같은 당 분자도 다수 있었다. 연구진은 메탄올의 최소 10%가 당으로 바뀌는 것으로 보인다고 말했다. 그러나 당 성분 자체가 붉은색을 내는 것은 아니며, 붉은색은 다환방향족 탄화수소가 내는 것이라고 덧붙였다.

연구진은 또 실험에서 과일과 견과류에서 발견되는 당인 알로스(6탄당), 비누에서 보습제로 사용되는 글리세롤도 발견했다.

카이퍼벨트는 해왕성 궤도 너머에 뻗어 있는 도넛 모양의 얼음 천체 영역이다. 휴스턴우주센터

지구 초기 유기분자의 새로운 공급원?

연구진은 이번 발견이 지구 생명체의 기원과 연관돼 있을 수도 있다고 본다.

아로코스가 속해 있는 카이퍼벨트는 혜성의 발원지 가운데 하나다. 공동저자인 코넬리아 마이너트는 “카이퍼벨트에는 비슷한 화학물질을 함유한 혜성도 있을 것”이라며 “이 혜성들이 지구 초기에 지구에 생명체를 탄생시키는 데 필요한 당 분자를 가져왔을 수도 있다”고 말했다. 리보스는 유전정보를 매개하는 RNA의 기본 구성 요소다.

과학자들은 그동안 생명체 탄생으로 이어진 지구 초기의 유기물의 외부 공급원 후보로 태양계의 운석과 원시 행성원반을 꼽았다. 이번 연구는 카이퍼 벨트의 혜성이 세번째 유기물 공급원이었을 수도 있음을 제시한 셈이다.

*논문 정보

https://doi.org/10.1073/pnas.2320215121

Ionizing radiation exposure on Arrokoth shapes a sugar world.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr