[천문뉴스] 스바루 망원경, 암모니아의 빙결 온도 추정 성공

[송아영]

출처:http://www.kaas.or.kr

스바루 망원경의 고분산 분광기 HDS에 의한 리니어 혜성(C/1999 S4)의 분광 관측으로부터, 이 혜성의 핵을 구성하는 암모니아가 얼어붙은 온도는 28 켈빈(약 마이너스 245도)인 것이 처음으로 밝혀졌다. 이 결과, 리니어 혜성은 토성의 궤도로부터 천왕성의 궤도 영역 부근에서 태어난 것이 밝혀졌다. 이번 관측에서는, 혜성이 어떠한 환경하에서 태어났는지를 직접적으로 나타내는 증거를 얻을 수 있었던 것 뿐만 아니라, 혜성의 기원을 분명히 하기 위한 새로운 방법의 확립에 성공했다.

리니어 혜성(C/1999 S4)은, 1999년에 미국·Lincoln 연구소의 지구 접근 소행성 탐사(Lincoln Near Earth Asteroid Research; LINEAR) 프로젝트에 의해 발견되었다. 이번 일본 국립 천문대 고분산 분광기 HDS 개발 그룹 및 현립 군마 천문대의 직원으로 구성된 관측 팀은 장치의 조정 시간을 이용해, 리니어 혜성이 밝아진 2000년 7월 5일에 HDS를 이용한 분광 관측을 했다.

관측 팀이 주목한 것은, 분광 관측의 결과로서 얻을 수 있는 스펙트럼 중, 혜성의 주위의 가스에 포함되는, 질소 원자 1개와 수소 원자 2개로부터 되는 NH2 분자가 발하는 휘선(가지고 있던 에너지를 잃을 때에 발하는, 어느 특정의 파장의 빛)이다. 지금까지의 연구로부터, NH2 분자는 혜성의 핵을 구성하는 언 암모니아(NH3)가 태양의 열로 풀 수 있어 가스가 되었을 때에 자외선 등에 의해 수소 원자가 하나잡아진 것과 생각되고 있다. 즉 NH2 분자로부터 발 다투어지는 휘선군에는, 원래의 분자인 암모니아에 관한 정보가 포함되어 있을 것이다.

　NH2 분자나 암모니아와 같은 수소 원자를 2개 또는 3개 포함한 분자에는, 수소 원자의 원자핵이 가지는 양자 역학적인 스핀 상태의 편성에 의해, 오르소 상태와 팔라듐 상태라고 하는 두개의 상태가 존재한다. 오르소 상태와 팔라듐 상태의 분자수의 존재 비율은, 주위의 환경에 의해 바뀌는 것이 알려져 있습니다. 특히 혜성핵과 같이 빙결해 버릴 경우에는, 얼어붙기 전의 비율이 그대로 보존되어 있다. 즉 오르소 상태와 팔라듐 상태의 분자수의 비를 구하면 어떠한 온도로 얼어붙었는지를 추정할 수가 있다.

　일반적으로 오르소 상태와 팔라듐 상태의 분자는, 각각 다른 파장의 휘선을 발합니다. 그런데 , 그러한 휘선의 파장은 매우 근접하고 있기 때문에, 스펙트럼에서 두개를 분별하는 것은 용이한 것이 아니다. 관측 팀은 HDS의 높은 분산 능력에 주목했다. 분산 능력이 높다고 하는 것은, 스펙트럼상에서 접근 한 휘선군을 분리하는 능력이 뛰어나는 것을 의미한다. 현립 군마 천문대의 카호쿠 히데요 관측 보급 연구원은, 분리에 성공한 NH2 분자의 휘선군을 스스로 개발한 새로운 모델 계산 방법에 의해 재현 해, 리니어 혜성에 포함되는 NH2 분자의 오르소 상태와 팔라듐 상태의 존재 비율을 구하는데 성공했다. 그 값으로부터, 원래의 분자인 암모니아의 오르소·팔라듐의 비율을 결정해, 리니어 혜성의 핵을 구성하는 암모니아의 빙결 온도가 28 켈빈인 것을 이끌어내었다. 이 값은, 태양계가 형성된 원시 태양계 성운내에 있어, 리니어 혜성이 토성의 궤도로부터 천왕성의 영역 부근에서 태어난 것을 나타내고 있다.

　혜성 본체에 포함되는 화학 성분 중, 지금까지는 주로 수분자의 빙결 온도에 대해서 의논되어 왔습니다. 암모니아의 빙결 온도가 계산된 것은 이번이 세계에서 처음이다. 혜성의 기원을 해명하는데 있어서 NH2 분자를 이용한다고 하는 새로운 방법을 확립한 의미는 크고, 향후는 리니어 혜성과 같은 장 주기 혜성(공전주기 200년 이상)과 탄생 한 장소가 다르다고 여겨지는 공전주기 200년 이하의 단주기 혜성에 대해서, 이 방법을 적용 하는 것으로 혜성의 기원의 해명에 크게 도움이 될지도 모른다.