- 초기 태양계에서 소행성의 충돌로 소행성의 철속심은 우주에 노출되어 급속히 냉각되었다.(출처: NASA/JPL – Caltech)
철 운석이 초기 태양계의 ‘대폭격 시대’를 증명하다
과거 금속성 소행성의 속심이었던 철운석을 분석한 새로운 연구에 따르면 태양이 형성된 직후 780만년에서 1170만년 사이에 소행성과 행성이 끊임없이 충돌하는 거대한 난투극이 벌어졌다.
국제 연구팀은 지구에서 발견된 18개의 철운석에서 그 모천체의 진화를 더 잘 이해하기 위해 라팔듐, 은, 백금의 동위원소를 분석했다. 금속성 소행성은 조밀한 철속심을 포함하고 있으며, 철운석은 다른 소행성과 충돌하여 폭발한 소행성의 속심에서 유래한 것이다.
팔라듐 107은 방사선 붕괴를 일으켜 반감기가 650만년의 은 107로 바뀐다. 질량분석기로 두 동위원소의 상대적 존재비를 측정한 이전 측정에서는 운석의 일부였던 소행성 핵이 급속히 냉각된 것으로 밝혀졌다. 문제는 이 같은 급속 냉각이 언제 발생했느냐는 점이다.
시기의 폭을 좁히기 위해 취리히 연방공대 선임연구원 앨리슨 헌트와 스위스 국립행성연구역량센터가 이끄는 연구팀은 질량분석기 프로세스를 개선한 뒤 운석이 우주를 여행하는 동안 충돌하는 우주선에서 백금 동위원소를 검색했다.
헌트는 성명에서 “백금동위원소 존재비에 대한 추가 측정을 통해 왜곡된 샘플의 은동위원소 측정을 수정할 수 있었다”고 밝히며 “그래서 우리는 그 어느 때보다 정확하게 충돌 시점을 측정할 수 있었다”고 덧붙였다.
헌트팀이 정한 시기는 태양계 형성 후 780만에서 1170만년 사이였다. 다른 운석을 살펴보면 연대가 더 길어질 수도 있지만 45억 년 태양계 역사에 비춰볼 때 이는 비교적 짧은 기간이다.
이 발견은 초기 태양계가 극도로 혼란스러웠음을 시사합니다. 행성은 아직 완전히 형성되지 않았고 소행성과 원시행성은 끊임없이 충돌함으로써 일부 큰 소행성에서 규산염 맨틀이 벗겨져 금속 코어를 우주로 노출시켰으며 이후 충돌이 코어를 부수기 전에 급속히 냉각됐음을 시사한다.
2. 철운석 조각 미국 애리조나주 벨린저 충돌구에서 발견된 것이다.(출처 : NASA)
“당시에는 모든 것이 얽혀 결렬된 것으로 보인다”고 헌트는 말했다.
이 혼돈을 초래한 것은 태양을 형성한 가스 구름인 태양 성운의 소멸과 큰 관련이 있다고 헌트 팀은 보고 있다. 성운이 소멸하면서 구름의 잔해가 젊은 별 주위의 원반에 정착하였다. 가스가 냉각되고 먼지와 얼음이 응결되며 강착이라는 과정을 통해 오늘날 우리에게 익숙한 행성, 소행성, 혜성에 축적됐다.
그러나 행성이 단결할 수 있는 시간은 한정되어 있었다. 태양이 점차 점등하면서 태양풍이 태양 성운의 잔해를 외부 공간으로 날리기 시작했기 때문이다. 젊은 행성은 가스와 마찰로 궤도를 도는 속도가 느려졌다. 행성체를 억제할 가스가 없었기 때문에 행성의 빠른 공전 속도에 따라 충돌의 소용돌이로 이어지는 혼돈의 기간이 있었을 것이라고 연구자들은 설명한다.
3. NASA 탐사선이 2026년 금속 소행성 프시케를 방문한다. (출처: NASA/JPL – Caltech/ASU)
하지만 같은 시기에 벌어진 다른 사건들도 혼란에 한몫했을 수 있다는 지적도 있다. 거대 가스 행성, 특히 목성과 토성은 초기 태양계 무렵에 안쪽으로 이주해 왔으며, 이들 중력의 영향으로 인해 더 작은 천체의 궤도가 붕괴되어 소행성대와 카이퍼대를 형성하였다.
특히 ‘거대한 압정(Grand Tack)’으로 알려진 한 모델은 목성이 현재 위치로 다시 이동하기 전 토성의 중력이 목성에 영향을 미쳐 오늘날의 화성처럼 태양에 가깝게 안쪽으로 이동했다고 주장한다. ‘거대한 압정’ 모델은 이 사건이 태양계 역사가 시작된 지 천만년 이내에 일어났다고 예측한다.
그러나 45억 년 전에 일어났다는 것을 증명하기는 어렵지만 철운석을 생성한 소행성의 운명을 다룬 이 새로운 연구는 초기 태양계가 얼마나 폭력적인 장소였는지에 대한 새로운 증거를 제공한다.
올해 말 발사 예정인 NASA의 프시케 미션이 2026년 금속 소행성 프시케(16P syche)에 도착하면 이와 관련해 더 많은 정보가 밝혀질 것으로 보인다.
이 연구는 네이처 천문학 저널 온라인판에 5월 23일 발표됐다.