새로운 발견: 주소행성대의 작은 소행성들

공룡을 멸종시킨 소행성은 약 10킬로미터 너비로, 브루클린 정도의 크기였다고 추정됩니다. 이렇게 거대한 충돌체는 1억 년에서 5억 년에 한 번 정도로 지구에 충돌할 것으로 예측됩니다.

반면에 버스 크기 정도의 훨씬 작은 소행성은 몇 년에 한 번 꼴로 지구에 충돌할 수 있습니다. "데카미터" 소행성이라고 불리는 이러한 소행성은 수십 미터에 불과하지만, 주소행성대에서 탈출하여 지구 근접 천체가 될 가능성이 더 높습니다. 이러한 작지만 강력한 우주 암석이 충돌할 경우 시베리아 퉁구스카의 1908년 충돌이나 우랄 산맥 첼랴빈스크 상공에서 2013년에 폭발한 소행성과 같은 전체 지역에 충격파를 보낼 수 있습니다. 데카미터 주소행성대 소행성을 관찰할 수 있다면 운석의 기원에 대한 창문을 제공할 수 있습니다.

이제 MIT 천문학자들은 주소행성대 내에서 가장 작은 데카미터 소행성을 발견할 수 있는 방법을 찾았습니다. 주소행성대는 화성과 목성 사이에 있는 수백만 개의 소행성이 궤도를 도는 잔해 지역입니다. 지금까지 과학자들이 그곳에서 식별할 수 있었던 가장 작은 소행성은 직경이 약 1킬로미터였습니다. 연구팀의 새로운 접근 방식을 통해 과학자들은 이제 주소행성대에서 직경이 10미터에 불과한 소행성을 발견할 수 있습니다.

Nature 저널에 발표된 논문에서 de Wit과 그의 동료들은 이 접근 방식을 사용하여 주소행성대에서 100개 이상의 새로운 데카미터 소행성을 발견했다고 보고했습니다. 이 우주 암석은 버스 크기에서 수 개의 경기장 넓이까지 다양하며, 지금까지 발견된 주소행성대 내에서 가장 작은 소행성입니다.

연구원들은 이 접근 방식을 사용하여 지구에 접근할 가능성이 있는 소행성을 식별하고 추적할 수 있을 것으로 예상합니다.

 

 

 

목차

• 새로운 기술로 지구 근접 소행성 조기 발견 가능
• 제임스 웹 우주 망원경 데이터 측정
• 주소행성대의 작은 소행성들

새로운 기술로 지구 근접 소행성 조기 발견 가능

"우리는 지구에 매우 가까울 때 10미터 크기의 지구 근접 천체를 감지할 수 있었습니다."라고 이 연구의 주 저자인 MIT 지구, 대기 및 행성 과학과의 연구 과학자인 Artem Burdanov는 말합니다. "이제 우리는 이러한 작은 소행성이 훨씬 더 멀리 떨어져 있을 때 발견할 수 있는 방법을 가지고 있으므로, 행성 방위에 중요한 보다 정확한 궤도 추적을 수행할 수 있습니다."

이 연구의 공동 저자로는 MIT 행성 과학 교수인 Julien de Wit과 Richard Binzel, 그리고 여러 다른 기관의 협력자들이 있습니다.

De Wit과 그의 팀은 주로 외계 행성, 즉 지구에서 약 40광년 떨어진 별인 TRAPPIST-1 주위의 행성계를 발견한 그룹의 일원입니다.

칠레의 TRAPPIST(Transiting Planets and Planetismals Small Telescope)를 사용하여, 팀은 이 별이 지구 크기의 암석형 행성을 몇 개나 가지고 있으며, 그중 몇 개는 생명체가 존재할 수 있는 지역에 있다는 것을 확인했습니다.

그 이후로 과학자들은 TRAPPIST-1 시스템을 더 자세히 특성화하고 생명체의 징후를 찾기 위해 다양한 파장에 초점을 맞춘 많은 망원경을 훈련시켰습니다. 이러한 연구를 통해 천문학자들은 TRAPPIST-1 행성을 더 명확하게 해독하기 위해 지구와 별 사이의 모든 가스, 먼지, 행성 물체와 같은 망원경 이미지의 "잡음"을 걸러내야 했습니다. 종종 버려지는 잡음에는 지나가는 소행성이 포함됩니다.

"대부분의 천문학자들에게 소행성은 일종의 하늘의 해충으로 여겨집니다. 왜냐하면 그들은 단지 시야를 가로질러 지나가서 데이터에 영향을 미치기 때문입니다."라고 De Wit은 말합니다.

 

 

 

제임스 웹 우주 망원경 데이터 측정

De Wit과 Burdanov은 외계행성을 찾는 데 사용된 동일한 데이터를 재활용하여 우리 태양계의 소행성을 채굴할 수 있는지 궁금했습니다. 이를 위해 그들은 1990년대에 처음 개발된 이미지 처리 기술인 "시프트 앤 스택(shift and stack)"을 활용했습니다. 이 방법은 동일한 시야의 여러 이미지를 이동하고 이미지를 쌓아서 어두운 물체가 잡음보다 뚜렷하게 나타날 수 있는지 확인하는 과정을 포함합니다.

원래 먼 별에 초점을 맞춘 이미지에서 알려지지 않은 소행성을 찾기 위해 이 방법을 적용하려면 소행성이 있을 수 있는 수많은 시나리오를 테스트해야 하므로 상당한 컴퓨팅 리소스가 필요합니다. 그런 다음 연구원들은 각 시나리오에 대해 수천 개의 이미지를 이동하여 소행성이 실제로 예측된 위치에 있는지 확인해야 합니다.

몇 년 전 Burdanov, de Wit, 그리고 MIT 대학원생 Samantha Hassler는 최첨단 GPU(Graphics Processing Unit)를 사용하여 이 작업을 수행할 수 있음을 발견했습니다. GPU는 방대한 양의 이미지 데이터를 고속으로 처리할 수 있습니다.

그들은 처음에 SPECULOOS(Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) 조사 데이터에 접근 방식을 시도했습니다. 이 조사는 지상 기반 망원경 시스템으로, 시간이 지남에 따라 별의 여러 이미지를 촬영합니다. 이 노력과 남극의 망원경 데이터를 사용한 두 번째 응용 프로그램을 통해 연구원들은 주소행성대에서 방대한 양의 새로운 소행성을 실제로 발견할 수 있음을 보여주었습니다.

새로운 연구에서 연구원들은 세계에서 가장 강력한 관측소인 NASA의 제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 데이터를 사용하여 더 작은 크기의 더 많은 소행성을 찾았습니다. JWST는 가시광선보다 적외선에 특히 민감합니다. 주소행성대에서 궤도를 도는 소행성은 가시광선보다 적외선 파장에서 훨씬 더 밝기 때문에 JWST의 적외선 기능으로 훨씬 더 쉽게 감지할 수 있습니다

 

 

 

주소행성대의 작은 소행성들

연구팀은 TRAPPIST-1의 JWST 이미지에 접근 방식을 적용했습니다. 이 데이터는 시스템의 내부 행성 주위의 대기 신호를 찾기 위해 원래 얻은 별의 10,000개 이상의 이미지로 구성되어 있습니다. 이미지를 처리한 후 연구원들은 주소행성대에서 8개의 알려진 소행성을 발견할 수 있었습니다. 그런 다음 더 깊이 살펴보고 주소행성대 주변에서 138개의 새로운 소행성을 발견했는데, 모두 직경이 수십 미터 이내로 지금까지 발견된 가장 작은 주소행성대 소행성입니다. 그들은 몇몇 소행성이 지구 근접 천체가 되어가는 중이고, 하나는 목성을 쫓는 트로이 소행성일 가능성이 있다고 추측합니다.

"우리는 몇 개의 새로운 물체만 발견할 것이라고 생각했지만, 예상보다 훨씬 더 많은, 특히 작은 물체를 발견했습니다."라고 De Wit은 말합니다. "이는 우리가 새로운 개체군 체제를 탐사하고 있으며, 그곳에서 훨씬 더 많은 작은 물체가 약 100미터 이하의 소행성을 분해하는 데 매우 효율적인 충돌의 연쇄를 통해 형성된다는 신호입니다."

"이것은 우리가 현대 기술 덕분에 진입하고 있는 완전히 새로운, 탐험되지 않은 공간입니다."라고 Burdanov는 말합니다. "데이터를 다르게 볼 때 우리가 무엇을 할 수 있는지에 대한 좋은 예입니다. 때로는 큰 보상이 있고, 이것이 그 중 하나입니다."