美 연구팀, 새로운 명왕성-카론 형성 시나리오 '키스와 포획' 제시

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 태양계 행성에서 왜행성으로 강등된 명왕성(Pluto)과 그 위성 카론(Charon)은 원시 명왕성과 카론이 키스하듯 충돌해 일시적으로 붙었다가 떨어지면서 중력으로 서로에게 붙잡혀 만들어졌다는 연구 결과가 나왔다.

미국 애리조나대 달·행성 연구소 아딘 덴턴 박사팀은 7일 과학 저널 네이처 지구과학(Nature Geoscience)에서 명왕성과 카론의 물질 강도를 반영한 새로운 시뮬레이션 연구에서 두 천체가 수십억년 전 강한 충돌이 아니라 입맞춤 같은 가벼운 충돌을 통해 형성됐다는 결론을 얻었다고 밝혔다.

연구팀은 '키스와 포획'(kiss-and-capture)이라고 이름 붙인 이런 과정을 통해 원시 명왕성과 카론은 원래 물질과 상태를 거의 온전히 보전하고 살아남았다며 이는 카론이 명왕성만큼이나 오래되었을 수 있음을 시사한다고 말했다.

2006년 태양계 행성 지위를 잃고 '왜행성 134340'으로 강등된 명왕성과 그 주위를 돌고 있는 거대한 위성 카론의 형성 과정은 아직 풀리지 않은 미스터리로 남아 있다. 카론은 반경이 606㎞로 명왕성(1천118㎞)의 절반이나 되고 질량은 명왕성의 12%에 달한다.

과학자들은 명왕성과 카론 역시 지구와 달처럼 충돌을 통해 형성됐을 것으로 추정하지만, 그 충돌이 지구와 달을 만든 충돌처럼 강력한 것이었다면 그 잔해로부터 카론처럼 거대하고 큰 궤도를 가진 천체가 만들어지기는 어렵다고 보고 있다.

덴턴 박사는 고체인 천체가 유체처럼 움직이게 만드는 강력한 충돌 모델은 지구-달 형성 과정은 잘 설명하지만 이보다 훨씬 작고 더 차갑고, 주로 암석과 얼음으로 이루어진 명왕성과 카론 형성을 설명하기에는 적합하지 않다고 지적했다.

연구팀은 이 연구에서 암석과 얼음으로 이루어진 실제 행성의 지질학적 강도를 반영한 수치 모델을 통해 원시 카론이 명왕성과 충돌한 후 현재처럼 명왕성에 붙잡혀 위성이 될 수 있는 시나리오를 조사했다.

시뮬레이션 결과 명왕성과 카론의 물질적 강도를 모델에 포함할 경우, 원시 명왕성과 카론은 충돌한 다음 일정 시간 눈사람처럼 붙어서 함께 돌다가 서서히 분리되고 현재처럼 영원히 연결된 상태가 될 수 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 카론은 명왕성에서 분리된 후 점차 바깥쪽으로 이동해 현재 궤도에 자리 잡았다며 이 과정을 '키스와 포획' 시나리오로 이름 붙였다.

'키스와 포획' 시나리오는 이후 명왕성과 카론의 지질학적 진화에 영향을 미쳤을 것이라며 두 천체 모두 충돌 후 분리와 진화, 강력한 조석력으로 인한 지질 활동 등으로 표면에 큰 변화가 있었을 것이라고 연구팀은 설명했다.

덴턴 박사는 "천체들이 충돌해 잠시 붙었다가 중력에 묶인 채로 분리되는 '키스와 포획' 시나리오는 기존 모델과 완전히 다르다"며 "이 연구가 해왕성 너머의 다른 거대한 얼음 천체들의 기원을 설명하는 데도 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

◆ 출처 : Nature Geoscience, C. Adeene Denton et al., 'Capture of an ancient Charon around Pluto', https://www.nature.com/articles/s41561-024-01612-0

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