인류 최초로 관측한 성간천체_오우무아무아(Oumuamua)

1. 오우무아무아의 발견

오우무아무아(Oumuamua)는 2017년, 인류가 처음으로 관측한 우리 태양계를 거쳐 간 성간천체입니다. 성간천체란, 태양계 내부에서 순환하는 것이 아니라 태양계 바깥의 외계에서 유입되어 온 것이라는 의미를 가집니다. 이 물체는 하와이 대학의 Pan-STARRS1 망원경으로 처음 관찰되었습니다. 이 물체의 모양은 팬케이크를 닮았으며, 크기는 가로 400미터, 세로 40미터로 추정됩니다. 발견된 지 40일 후에 근일점을 지나서 2018년에 태양계에서 완전히 벗어났습니다. 이름은 하와이어 단어에서 따와 '먼 곳에서 온 첫 메신저'라는 의미를 지닙니다.

오우무아무아의 특징은 움직일 때마다 가속하고 있었는데, 그러기 위해서는 중력 이상의 것이 필요했습니다. 또한 이 물체는 혜성이 태양 근처에 있을 때처럼 밀려나는 것처럼 보였고, 태양열에 의해 가스와 먼지가 증발하면 추진 효과가 발생하였습니다. 방출된 물질의 힘은 비행 궤적을 약간 변경하였고, 이는 태양 주위를 공전하는 소행성 및 행성과는 구별되는 특징이었습니다. 그러나 오우무아무아는 혜성처럼 보이지도 않았고, 모든 혜성이 가지고 있는 코마라고 불리는 가스와 먼지로 뒤덮인 꼬리나 덮개도 없었습니다.

2. 오우무아무아에 대한 연구

오우무아무아의 출현은 등장하자마자 천문학자들 연구에 불을 지폈습니다.

유럽우주국(ESA) 소속 이탈리아 천문학자 마르코 폴로 박사 연구팀은 오우무아무아의 비행 궤적과 가속도 등에 대해 면밀한 분석 시작했습니다. 최종결론으로 과학 저널 '네이처' 최신 호에 이 물체를 혜성으로 봐야 한다고 밝혔습니다. 그 근거는 오우무아무아가 태양의 중력만으로 설명할 수 있는 비행 궤적에서 약간 벗어나 있다는 사실 때문입니다. 연구팀은 오우무아무아 표면에서 혜성의 특징인 극소량의 가스가 방출되기 때문에 비행 궤적에서 벗어나 있다고 설명합니다.

중국 국가천문대(NAOC)의 장윈 연구원이 이끄는 국제 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 별의 조석력(tidal force)으로 오우무아무아와 같은 천체가 형성될 수 있다는 점을 입증하였습니다. 그리고 관련 논문을 과학 저널 '네이처 천문학Nature Astronomy) 최신 호에 발표했습니다. 연구팀이 개발하여 실험한 컴퓨터 시뮬레이션에서 혜성에서 암석형 행성에 이르는 다양한 크기의 천체가 항성에 근접했을 때 일어나는 결과를 확인하였습니다. 실험 결과, 천체가 별에 60만㎞ 이내로 접근하면 별의 중력이 천체를 조각내어 파편을 성간 천체로 밀어낸다는 사실을 발견했습니다. 이 거리는 태양계 가장 안쪽 행성인 수성이 태양에서 떨어진 거리의 약 80분의 1에 해당합니다. 이 천체 파편은 길쭉한 모양과 건조한 표면을 갖고 별 옆을 지날 때 가속하는 등 미스테리한 현상들을 설명할 수 있었습니다. 

국제천문연맹은 처음에 오우무아무아를 혜성으로 간주하였다가 꼬리가 관측되지 않자 소행성으로 분류했습니다. 이후 이 천체가 태양계 외부에서 온 것이 명백해지자 성간천체(interstellar object)에 대한 식별기호를 새로 지정해 1I/2017 U1라는 분류 기호를 부여했습니다.

3. 오우무아무아의 연구 가치

오우무아무아처럼 우리 태양계를 방문하는 성간천체들을 연구하면 행성계에서 혜성이 어디에서 형성되었는지, 그리고 이러한 외계 혜성의 구성에 대해 더 많이 배우는 데 도움이 될 수 있습니다. 칠레의 Vera C. Rubin 천문대가 2025년 운영을 시작하면, 매년 오우무아무아 같은 몇 개의 성간천체를 탐지하여 천문학자들이 다른 행성계에서 온 혜성의 특징을 더 잘 이해할 수 있도록 돕는 것을 목표로 할 것입니다.

태양계의 혜성과 소행성은 우리가 태양계의 실제 행성에서 배운 것보다 행성 형성에 대해 더 많은 것을 알려 줍니다. 이처럼 태양계를 방문하는 성간천체들이 오늘날 우리가 측정하려는 외계 행성보다 외계 행성에 대해 더 많은 것을 말해 줄 수 있다고 생각합니다. 오우무아무아가 태양계 내부를 통과하기 전에 대형 시놉틱 관측 망원경이 온라인에 있었다면 그 궤적에서 훨씬 더 일찍 발견했을 것입니다. 따라서 앞으로 더 많은 성간천체들이 들어오면 우주에 대해 더 많이 이해할 수 있는 기회를 얻게 됩니다. 

한 천문학자는 이렇게 말했습니다. “망원경을 통해 먼 별을 보는 것이 아닙니다. 이것은 다른 태양계의 행성을 구성하는 실제 물질이 우리에게 던져지는 것입니다. 이는 태양계 외계를 가까이서 연구하는 완전히 전례 없는 방법이며 이 분야는 곧 데이터가 폭발적으로 증가하기 시작할 것입니다.”

벨파스트 퀸스대학교 천체물리학 연구센터 교수인 앨런 피츠 시먼스(Alan Fitzsimmons)는 “처음으로 우리는 태양계를 방문하는 성간천체들이 무엇으로 구성되어 있는지 정확하게 측정하고 이를 우리 태양계와 비교할 수 있게 됐다”고 말했습니다. 한편, 오우무아무아가 발견된 지 거의 2년 후인 2019년 8월 30일에 두 번째 태양계를 거쳐 간 성간 물체가 발견되기도 하였습니다.