베누 샘플, 초기 태양계 형성에서 목성의 역할을 시사

소행성 베누의 극소량 샘플은 이 소행성이 내부 태양계와 외부 태양계의 물질이 섞이던 곳에서 형성되었으며, 목성이 소행성을 이룬 먼지를 빚는 데 일조했음을 시사한다. 취리히 연방공과대학(ETH Zurich) 연구진이 이 결과를 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 보고했다.

NASA의 오시리스-렉스(OSIRIS-REx) 탐사선은 베누 표면에서 물질을 채취해 2023년 지구로 보냈다. 2023년 9월 23일 약 120그램이 담긴 캡슐이 유타주 사막에 착륙했다. ETH Zurich의 동위원소 지구화학 교수 마리아 쇤베흘러(Maria Schönbächler)는 이 중 0.5그램을 받았다.

세 원소가 만든 화학적 지문

연구팀은 철, 티타늄, 크롬의 동위원소를 측정했다. 동위원소는 중성자 수가 다른 같은 원소의 형태이며, 그 상대적 비율은 물질이 어디서 왔는지를 알려 주는 지문 역할을 한다. 철과 티타늄은 베누 물질 전체에 놀라울 정도로 고르게 분포한 것으로 나타났다.

이 지문은 또한 베누, 소행성 류구, 그리고 CI 운석 사이의 긴밀한 관계를 드러냈다. CI 운석은 탄소가 풍부하고 거의 변성되지 않은 초기 태양계의 잔재로 이루어진 희귀한 그룹이다. 이 셋은 놀랄 만큼 비슷한 동위원소 특성을 공유하며, 이는 다른 알려진 소행성, 운석 그룹, 행성의 특성과 크게 다르다. 이는 이들의 원래 물질이 태곳적 우주 먼지의 같은 저장고에서 왔음을 시사한다.

예상과 다른 탄생지

수년간 연구자들은 베누 같은 원시 소행성이 외부 태양계, 어쩌면 혜성이 형성된 곳에서 기원했고 그 물질이 비교적 늦게 모였다고 믿어 왔다. 새로운 발견은 이 두 가정 모두에 의문을 제기한다. 연구진은 베누, 류구, CI 운석의 모체 물질이 물 얼음선 근처에서 쌓였다고 제안한다. 물 얼음선은 젊은 태양 주위 원반에서 수증기가 얼 만큼 충분히 차가웠던 경계다.

목성이 어떻게 영향을 미쳤을까

목성은 태양이 탄생한 지 약 100만 년 이내에 형성되기 시작했다. 목성이 커지면서 그 중력이 장벽처럼 작용해 대부분의 큰 입자가 자신의 궤도 영역을 가로지르지 못하게 막는 한편, 고운 먼지는 통과시켰을 수 있다. 원반의 여러 부분에서 온 이 고운 먼지는 물 얼음선 근처에서 광범위하게 섞였을 수 있다. 이 시나리오는 작은 입자가 효율적으로 순환하고 섞이기 때문에 베누가 함수 물질이 풍부하고 화학적으로 태양과 닮은 이유도 설명할 수 있다. 쇤베흘러는 "베누는 지구형 행성이 궁극적으로 만들어진 화학 원소의 원래 혼합물을 가장 잘 엿볼 수 있게 해 줄지도 모른다"고 말한다.

이번 발견이 함수 광물과 유기 화합물이 정확히 어떻게 지구에 도달했는지를 규명하는 것은 아니지만, 그런 성분이 어디서 기원했는지는 보여 준다. 다른 소행성도 베누–류구 특성을 공유하는지를 비롯해 미해결 질문이 남아 있다. 쇤베흘러는 2026년 10월 말 발사 예정인 JAXA의 포보스 샘플 귀환 임무의 샘플을 신청할 계획이지만, 그 캡슐은 2031년에야 돌아올 것으로 예상된다.

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