해왕성보다 멀리 떨어져 있고 지름이 500㎞ 정도로 명왕성(지름 2천377㎞)보다 훨씬 작고 장기간 대기 유지가 어려울 것으로 예상되는 천체에 얇은 대기가 존재한다는 증거가 발견됐다.

일본 국립천문대(NAOJ) 이시가키지마 천문대 아리마쓰 고 박사팀은 5일 과학 저널 네이처 천문학(Nature Astronomy)에서 해왕성 너머 천체(TNO)인 지름 500㎞의 '(612533) 2002 XV93'이 배경에서 오는 별빛을 가리는 현상을 관측, 얇은 대기의 존재를 시사하는 증거를 확인했다고 밝혔다.

연구팀은 이는 수백㎞ 크기의 작은 해왕성 너머 천체도 일시적으로 대기를 유지할 수 있음을 보여주며 대기는 큰 천체에서만 형성된다는 기존 이론의 수정 필요성을 제기하는 것이라면서 앞으로 추가 관측을 통해 대기의 구성과 기원을 규명할 필요가 있다고 말했다.

해왕성 바깥을 공전하는 천체인 '해왕성 너머 천체'(TNO)는 태양계 형성 초기 물질이 남아 있는 것으로 알려져 있으며, 지금까지 이 영역에서 대기가 있는 것으로 확인된 천체는 왜행성으로 분류된 명왕성이 유일했다.

2002 XV93은 TNO의 하나로 명왕성과 비슷한 궤도를 도는 카이퍼대 천체(플루티노)로, 지름이 500㎞에 불과하기 때문에 이론적으로 장기간 대기 유지가 어려운 것으로 여겨진다.

연구팀은 2024년 1월 10일 2002 XV93이 뒤쪽에서 오는 별을 가리며 지나가는 '항성 엄폐' 현상이 일어나는 것을 예측하고, 이를 일본 교토, 나가노, 후쿠시마 등 3곳에서 동시에 관측했다.

관측 결과 2002 XV93이 별빛을 가릴 때 별빛이 갑자기 사라지지 않고 수 초에 걸쳐 서서히 감소하고, 다시 나타날 때도 서서히 밝아지는 현상이 나타났다.

이는 천체 주변의 대기에 의해 빛이 약해지는 현상과 일치하는 것으로 천체 주변에 기체층이 있을 때 빛이 굴절되면서 나타나는 전형적인 특징이다.

관측 데이터 분석 결과 2002 XV93의 대기는 표면 기압이 약 100~200나노바(nbar)로 지구 대기보다 1천만배 희박한 것으로 추정됐다.

이는 명왕성 대기보다 50~100배 희박한 수준이지만, 다른 해왕성 너머 천체에서 추정된 최댓값(1~100nbar)과 비슷하거나 더 높은 수준이다.

연구팀은 지름 500㎞ 정도의 천체는 중력이 약해 기체가 빠르게 우주로 탈출하기 때문에 이론상 장기간 대기를 유지하기 어렵다며 관측된 대기는 오래 유지되는 것이 아니라 수백~수천 년 정도 짧은 시간에 사라지는 일시적 대기일 가능성이 크다고 설명했다.

대기 형성 원인으로는 극저온 화산 활동으로 내부에서 기체가 분출되었거나, 최근 혜성 같은 작은 천체가 충돌하면서 방출된 물질에 의해 단기간에 형성됐을 가능성 등이 제시됐다.

연구팀은 이 발견은 대기가 큰 행성에서만 형성된다는 기존 개념을 수정할 필요가 있다는 것을 보여준다며 향후 추가적인 항성 엄폐관측과 제임스 웹 우주망원경(JWST) 관측 등을 통해 대기의 구성과 기원을 규명해야 한다고 말했다.

◆ 출처 : Nature Astronomy, Ko Arimatsu et al., 'Detection of an atmosphere on a trans-Neptunian object beyond Pluto', https://www.nature.com/articles/s41550-026-02846-1