태양계 외곽의 얼음 영역인 카이퍼 벨트에서 예상치 못한 대기층을 가진 작은 천체가 발견되었다.

예상 밖의 발견: (612533) 2002 XV93

이번에 발견된 천체는 (612533) 2002 XV93으로 명명된 해왕성 너머 천체(TNO)다. 이 천체는 명왕성과 마찬가지로 해왕성과 2:3 궤도 공명을 이루는 '플루티노(plutino)' 그룹에 속한다. 이는 해당 천체가 태양을 두 번 공전할 때 해왕성은 세 번 공전함을 의미한다.

지름 약 500km(310마일) 규모인 이 천체는 명왕성의 지름인 2,377km(1,477마일)와 비교했을 때 현저히 작다. 일반적으로 이처럼 작은 규모의 천체는 낮은 온도와 약한 중력으로 인해 가스를 붙잡아두기 어렵다. 그러나 2024년 1월 10일, 일본의 전문 및 아마추어 천문학자들이 진행한 별의 식(occultation) 관측 과정에서 이 천체가 별 앞을 지나갈 때 별빛이 즉시 사라지지 않고 변화하는 현상이 포착되었다. 만약 이 천체가 대기가 없는 상태였다면 별빛은 즉각 차단되었어야 하지만, 대기층의 존재로 인해 빛의 변화가 나타났다.

대기 형성의 미스터리

현재 과학계는 이 작은 천체가 어떻게 대기를 형성하고 유지하는지에 대해 의문을 제기하고 있다. 대기가 형성된 원인으로는 두 가지 주요 가설이 제시된다.

첫 번째 가능성은 '빙화산(cryovolcanism)' 활동이다. 즉, 얼음으로 이루어진 화산 활동을 통해 내부의 물질이 분출되며 대기를 생성했을 수 있다는 가설이다.

두 번째는 외부 천체와의 충돌 가능성이다. 다만 충돌에 의한 대기 형성이라면, 매우 희박한 대기 특성상 우주 공간으로 유출되어 사라지는 데 1,000년이 채 걸리지 않기 때문에 비교적 최근에 충돌이 발생했어야 한다는 전제가 필요하다.

기존 천체와의 비교

이번 발견은 기존에 알려진 카이퍼 벨트 내 천체들의 특성과도 차이를 보인다.

명왕성의 경우 태양과 가장 가까워지는 근일점 부근에서 질소, 메탄, 일산화탄소와 같은 얼음이 가스로 승화하며 얇은 외기권을 형성한다. 반면, 카이퍼 벨트 내의 다른 천체 중에서는 메탄 가스 방출이 감지된 왜소행성 마케마케(Makemake)를 제외하고는 대기층이 확인된 사례가 드물다.

향후 관측 과제

이 천체의 대기 성분과 유지 기작을 명확히 규명하기 위한 추가 관측이 요구된다. 현재로서는 대기가 형성된 정확한 시점과 화학적 조성에 대한 데이터가 확보되어야 한다.