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美 연구팀 "중수소 함량 일반 혜성의 10배…영하 243℃ 이하 환경서 형성"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 태양계 밖에서 온 것으로 확인된 세 번째 성간 천체인 혜성 '3I/ATLAS'가 120억년 전 우리은하 초기의 대규모 별 생성기에 형성된 고대 행성계 파편일 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔다.
2025년 7월 21일, 허블우주망원경(HST)이 지구에서 약 4억4천600만㎞ 떨어져 있던 성간 혜성 3I/ATLAS를 촬영한 모습. [NASA, ESA, David Jewitt(UCLA); Image Processing: Joseph DePasquale(STScI) 제공. 재판매 및 DB 금지]
미국 항공우주국(NASA) 고더드우주비행센터 마틴 코디너 박사팀은 23일 과학 저널 네이처(Nature)에서 3I/ATLAS의 물과 탄소에 포함된 동위원소 비율을 분석한 결과 이 혜성이 태양계 어떤 천체와도 다른 독특한 화학 조성을 지니고 있고 매우 차갑고 금속 함량이 낮은 환경에서 만들어진 것으로 나타났다며 이같이 밝혔다.
연구팀은 "3I/ATLAS 혜성은 공간적으로도 시간적으로도 매우 먼 곳에서 온 성간 천체로 고대 외계 행성계의 원시 상태가 보존된 파편일 가능성이 있다"며 "이 천체는 우리은하의 초기 화학적 환경과 행성 형성과정을 연구할 수 있는 소중한 단서를 제공한다"고 말했다.
성간 천체는 다른 별 주위에서 형성된 뒤 우주 공간을 떠돌다가 우연히 태양계를 통과하는 천체로, 2025년 7월 발견된 3I/ATLAS는 2017년 발견된 오무아무아(1I/Oumuamua)와 2019년 발견된 혜성 보리소프(2I/Borisov)에 이어 세 번째로 확인된 성간 천체다.
연구팀은 과학자들이 그동안 3I/ATLAS에 대한 상세 관측을 통해 높은 이동 속도를 근거로 나이를 30억~100억년 정도로 추정했지만 정확한 기원과 형성 시기, 이동 경로 등은 확인하지 못했다고 지적했다.
연구팀은 이 연구에서 제임스 웹 우주망원경(JWST)과 칠레 아타카마 사막에 있는 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 전파망원경(ALMA)을 이용해 3I/ATLAS의 동위원소 조성을 정밀 측정해 분석했다.
그 결과 3I/ATLAS의 물(H₂O)에 포함된 중수소와 수소의 비율(D/H)이 0.98%로 측정됐다. 이는 지금까지 관측된 혜성들보다 10배 이상 높은 수준이다.
또 이산화탄소(CO₂)의 탄소 동위원소비(12C/13C)는 141~191, 일산화탄소(CO)의 탄소 동위원소비는 123~172로 나타났다. 이는 태양계 천체뿐 아니라 인근 성간 구름과 원시행성 원반에서 관측되는 일반적인 값보다 훨씬 높은 수준이다.
연구팀은 이런 극단적인 동위원소 비율이 3I/ATLAS가 절대온도 30K(약 영하 243℃) 이하의 매우 차가운 환경에서 형성됐음을 보여준다고 설명했다.
특히 물의 높은 중수소(D) 함량은 얼음이 매우 낮은 온도에서 형성된 다음, 이후 높은 온도 환경에서 크게 변형되지 않은 상태가 유지돼 왔음을 시사한다고 연구팀은 밝혔다.
이어 탄소 동위원소 비율도 3I/ATLAS가 형성된 환경에 대한 중요한 단서라며 탄소-13이 상대적으로 적고 탄소-12 비율이 높다는 것은 우리은하 초기에 형성된 오래된 환경에서 만들어졌을 가능성을 시사한다고 설명했다.
은하 화학 진화 모형과 관측 데이터를 비교한 결과, 3I/ATLAS는 약 120억 년 전에 형성됐을 가능성이 가장 큰 것으로 나타났으며 이는 3I/ATLAS가 우리은하 형성 초기에 대규모 별 생성 활동 직후 형성된 행성계에서 기원했을 가능성을 시사한다.
연구팀은 이 연구 결과는 3I/ATLAS가 태초의 고대 행성계에서 온 천체임을 시사한다며 이런 성간 천체 연구는 우리은하의 물리·화학적 진화 역사를 밝히는 새로운 창이 될 수 있다고 덧붙였다.
◆ 출처 : Nature, Martin Cordiner et al., 'Isotopic evidence for a cold and distant origin of 3I/ATLAS', https://www.nature.com/articles/s41586-026-10771-6
scitech@yna.co.kr
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