성간 천체: 1I/’Oumuamua와 2I/Borisov가 알려주는 개체군 통계, 기원, 물리적 본질

왜 이 주제가 중요한가 우리는 오랫동안 행성계가 형성 과정과 진화 과정에서 많은 잔해(planetesimal)를 우주 공간으로 내던진다고 추정해 왔다. 2017년의 1I/’Oumuamua와 2019년의 2I/Borisov의 발견은 그 추정을 직접적으로 입증한 사건이다. 이 두 천체는 우리 태양계 바깥에서 태어난 소행성·혜성과 유사한 천체들이 실제로 우리 태양계 내로 침입할 수 있다는 것을 보여주었다. 단 두 개의 사례만으로도 천문학자들은 성간 천체의 지역적 밀도 추정치를 수정했고, 다양한 기원 모델을 시험하며 구성 성분과 역학에서의 예상 밖 퍼즐에 직면했다. 이러한 퍼즐은 새로운 물리 혹은 신선한 사고를 요구한다. 핵심 개념(전문 용어 풀이) 성간 천체(Interstellar object, ISO) : 태양에 속해 있지 않고 초포물선(hyperbolic) 궤도를 따라 우리 태양계를 통과하는 거시적 천체(소행성, 혜성, 조각 등). 비중력적 가속도(non-gravitational acceleration) : 중력만으로는 설명할 수 없는 궤도 편차. 혜성의 경우 분출되는 기체의 반작용으로 설명되기도 하고, 때로는 빛의 압력(radiation pressure) 등 다른 물리 기작이 제안되기도 한다. 두 가지 전형적 사례: 서로 다른 얼굴 우리가 알고 있는 성간 천체는 현재 두 가지 전형으로 요약된다. 첫째는 1I/’Oumuamua(2017)처럼 관측 결과가 난해한 객체이고, 둘째는 2I/Borisov(2019)처럼 비교적 ‘보통의 혜성’에 가깝지만 외계 환경의 특징을 보여주는 객체다. 1I/’Oumuamua와 2I/Borisov: 서로 다른 성질을 지닌 두 방문자 1I/’Oumuamua 는 발견 직후부터 여러 가지 '이상한' 특징을 보였다. 광도곡선(시간에 따른 밝기 변화)은 큰 진폭(amplitude)을 보여, 극단적으로 길쭉한 형태 혹은 복잡한 기하학적인 구조를 시사했다. 가시광선 분광은 다소 적색을 띠었고, 태양계 외곽의 D형 소행성이나 우주 방사선에 의해 변색된 바디와 유사했다. 더 흥미로운 점은 겉으로는 코마(coma, 활동)가 보이지 않았음에도 불구하고 정밀한 천문측정(astrometry)을 통해 태양계를 떠나는 도중 작은 비중력적 가속도가 검출되었다는 사실이다. 이 상반된 관측은 여러 해석을 촉발했다: 미미한 형태의 분출, 이례적 성질의 얼음(예: H2 또는 N2), 혹은 빛의 압력에 의한 가속 등 다양한 가설이 경쟁했다. 2I/Borisov 은 보다 명확했다. 가시광선과 분광 관측에서 활발한 혜성 활동—코마와 꼬리—이 분명히 관찰되었고, CN과 같은 전형적 혜성성분이 검출되었다. 특히 ALMA(밀리미터파 전파망원경)를 이용한 관측은 CO(일산화탄소) 함량이 태양계 혜성들에 비해 비정상적으로 높다는 사실을 보여주었고, 이는 Borisov의 모행성계(출생 원반)가 더 차갑고 외곽에 위치한 구역에서 형성되었을 가능성을 암시한다. Borisov는 적어도 일부 성간 천체가 우리 태양계 혜성과 화학적으로 유사하다는 것을 증명했다. 성간 천체의 개체군 통계: 얼마나 많은가? 1I/’Oumuamua 이전까지는 여러 서베이(광학·적외선 관측망)로부터 성간 천체의 밀도에 대한 상한(upper limits)이 제시되어 왔다