日 연구팀, 태양과 57억㎞ 떨어진 천체서 대기 확인

‘해왕성 너머 천체(TNO)’에서 확인
표면온도 영하 220도 극한환경

대기가 발견된 해양성 너머 천체 ‘2002XV93’의 이미지 [국립천문대]

일본 연구팀이 태양으로부터 57억km 떨어진 ‘해왕성 너머 천체’(TNO)에서 대기의 존재를 발견했다. 이곳에서 명왕성 이외에 대기가 확인된 것은 이번이 처음이며, 대기가 발견된 태양계 천체 가운데 가장 먼 사례가 된다.

일본 국립천문대(NAOJ) 이시가키지마 천문대 아리마쓰 고 박사팀은 5일 과학 저널 네이처 천문학에서 해왕성 너머 천체(TNO)인 지름 500㎞의 ‘(612533) 2002 XV93’이 배경에서 오는 별빛을 가리는 현상을 관측, 얇은 대기의 존재를 시사하는 증거를 확인했다고 밝혔다.

연구팀은 “이 발견은 대기가 큰 행성에서만 형성된다는 기존 개념을 수정할 필요가 있다는 것을 보여준다”며 “향후 추가적인 항성 엄폐관측과 제임스 웹 우주망원경(JWST) 관측 등을 통해 대기의 구성과 기원을 규명해야 한다”고 말했다.

해왕성 바깥을 공전하는 천체인 ‘해왕성 너머 천체’(TNO)는 태양계 형성 초기 물질이 남아 있는 것으로 알려져 있다. 지금까지 이 영역에서 대기가 있는 것으로 확인된 천체는 왜행성으로 분류된 명왕성이 유일했다.

2002 XV93은 TNO의 하나로 명왕성과 비슷한 궤도를 도는 카이퍼대 천체(플루티노)로, 지름이 500㎞에 불과하기 때문에 이론적으로 장기간 대기 유지가 어려운 것으로 여겨진다.

연구팀은 2024년 1월 10일 2002 XV93이 뒤쪽에서 오는 별을 가리며 지나가는 ‘항성 엄폐’ 현상이 일어나는 것을 예측하고, 이를 일본 교토, 나가노, 후쿠시마 등 3곳에서 동시에 관측했다.

관측 결과 2002 XV93이 별빛을 가릴 때 별빛이 갑자기 사라지지 않고 수 초에 걸쳐 서서히 감소하고, 다시 나타날 때도 서서히 밝아지는 현상이 나타났다. 이는 천체 주변의 대기에 의해 빛이 약해지는 현상과 일치하는 것으로 천체 주변에 기체층이 있을 때 빛이 굴절되면서 나타나는 전형적인 특징이다.

태양에서 멀리 떨어진 외연천체는 표면 온도가 영하 220도 이하인 극저온 환경이기 때문에, 기체 상태로 존재할 수 있는 것은 메탄이나 질소 같은 휘발성 물질에 한정된다. 또한 지름 약 500km로 비교적 작은 천체인 2002XV93은 중력이 약해 대기가 존재할 가능성이 낮다고 여겨져 왔다.

대기 형성 원인으로는 극저온 화산 활동으로 내부에서 기체가 분출되었거나, 최근 혜성 같은 작은 천체가 충돌하면서 방출된 물질에 의해 단기간에 형성됐을 가능성 등이 제시됐다.