일본 연구팀이 해왕성 바깥 영역에서 지름 500㎞의 소형 천체 ‘(612533) 2002 XV93’에 얇은 대기가 존재한다는 증거를 확인했다. 이 대기는 지구 대기보다 1천만 배 희박하며, 명왕성 대기보다 50~100배 얇은 수준으로 관측됐다. 이번 발견은 작은 천체에서도 대기가 형성될 수 있음을 시사하여 기존 천체 대기 형성 이론의 수정 가능성을 제기한다.

일본 국립천문대(NAOJ) 이시가키지마 천문대 아리마쓰 고 박사팀은 과학 저널 네이처 천문학을 통해 해왕성 너머 천체(TNO)인 지름 500㎞의 ‘(612533) 2002 XV93’ 주변에 얇은 대기가 존재한다는 증거를 발표했다. 이 대기는 표면 기압이 약 100~200나노바로 지구 대기보다 1천만 배 희박하며, 이는 명왕성 대기보다 50~100배 낮은 수치에 해당한다. 기존 이론상 장기간 대기 유지가 어렵다고 여겨진 소형 천체에서 대기가 확인됨에 따라 천체 대기 형성 이론의 재검토가 필요하다는 지적이 나온다.

연구팀은 2024년 1월 10일 ‘2002 XV93’이 배경의 별을 가리는 항성 엄폐 현상을 일본 내 3곳에서 동시에 관측했다. 관측 결과, 별빛이 천체에 의해 갑자기 사라지지 않고 수 초에 걸쳐 서서히 감소했다가 다시 서서히 밝아지는 현상이 나타났다. 이는 천체 주변에 기체층이 존재하여 빛이 굴절되는 전형적인 특징으로, 얇은 대기층의 존재를 확증하는 결정적 증거로 분석된다.

해왕성 바깥을 공전하는 TNO는 태양계 형성 초기 물질을 보존하고 있는 것으로 알려져 있으며, 이 영역에서 대기가 확인된 천체는 왜행성 명왕성이 유일했다. ‘2002 XV93’은 명왕성과 유사한 궤도를 도는 카이퍼대 천체(플루티노) 중 하나이다. 지름 500㎞의 소형 천체는 중력이 약해 기체가 우주로 쉽게 탈출하므로 대기 유지가 어려운 것이 정설이었다.

‘2002 XV93’의 대기는 장기간 유지되는 영구적 대기가 아니라 수백에서 수천 년 정도의 짧은 기간 동안 존재하다 사라지는 일시적 대기일 가능성이 크다. 연구팀은 대기 형성 원인으로 천체 내부의 극저온 화산 활동으로 인한 기체 분출 또는 최근 혜성 같은 작은 천체와의 충돌로 방출된 물질을 제시한다. 이러한 일시적 현상이 대기층을 형성할 수 있다는 분석이다.

이번 발견은 천체 대기가 오직 큰 행성에서만 형성된다는 기존 개념에 대한 중요한 반례를 제시한다. 아리마쓰 고 박사는 "이 발견은 대기가 큰 행성에서만 형성된다는 기존 개념을 수정할 필요가 있다는 것을 보여준다"고 강조했다. 이는 태양계 형성 초기 물질 연구와 천체 진화 이해에 새로운 관점을 제공한다.

일각에서는 관측된 대기가 예상보다 훨씬 희박하며, 일시적 특성을 고려할 때 기존의 대형 천체 중심 이론의 근본적 수정보다는 예외적 현상으로 해석해야 한다는 신중론도 제기된다. 중력이 매우 약한 환경에서 관측된 대기의 지속 가능성에 대한 추가 연구가 요구된다는 분석이다.

연구팀은 향후 추가적인 항성 엄폐 관측과 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 통한 정밀 분석을 통해 ‘2002 XV93’ 대기의 정확한 구성 성분과 기원을 규명할 계획이다. 이러한 후속 연구는 태양계 외곽 천체들의 물리적 특성과 진화 과정을 이해하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 전망한다.