수십억 년 동안 우주를 떠도는 소행성은 암석부터 방사선까지 모든 것에 의해 폭격을 받게 됩니다. 수십억 년에 걸쳐 행성 간 우주 여행을 하면 광활한 공허 속의 무언가와 충돌할 확률이 높아지고, 그 충격 중 적어도 하나는 소행성 류구를 영원히 변화시킬 만큼 강력했습니다.
일본 항공 우주국의 하야부사2 우주선이 류구에 착륙했을 때 표면에서 샘플을 수집하여 소행성 잔해에 있는 자철광 입자(보통 자성을 띠는)에는 자성이 없다는 사실이 밝혀졌습니다. 이제 홋카이도 대학과 일본의 여러 기관의 연구진이 이 물질이 어떻게 자기 특성을 대부분 잃었는지 설명합니다. 그들의 분석에 따르면 이는 적어도 하나의 고속 미세운석의 충격으로 인해 자철석의 화학적 구성이 분해되어 더 이상 자성을 띠지 않는 것으로 나타났습니다.
“우리는 유사-자석이 생성되었다고 생각했습니다. [as] 홋카이도 대학 기무라 유키(Kimura Yuki) 교수가 이끄는 연구진은 최근 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 저널에 발표된 연구에서 우주 풍화의 원인은 미세운석의 영향이라고 밝혔습니다.
무엇이 남았는가…
류구는 상대적으로 작은 몸체로 대기가 없기 때문에 우주 풍화 작용, 즉 미세 운석과 태양풍에 의한 변화에 더 취약합니다. 우주 풍화 작용을 이해하는 것은 실제로 소행성과 태양계의 진화를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 문제는 소행성에 대한 우리의 정보 대부분이 지구에 떨어진 운석에서 나오는데, 그 운석의 대부분이 소행성 내부의 암석 조각이기 때문에 행성간 공간이라는 가혹한 환경에 노출되지 않았다는 점이다. 또한 대기를 통해 하강하거나 표면의 물리적 과정을 통해 변화할 수도 있습니다. 운석을 찾는 데 시간이 오래 걸릴수록 더 많은 정보가 손실될 가능성이 높습니다.
류구는 이전에 훨씬 더 큰 몸체인 C형 소행성, 즉 탄소질 소행성의 일부였습니다. 즉, 대부분 점토와 규산염 암석으로 구성되어 있었습니다. 이러한 광물은 일반적으로 형성되기 위해 물이 필요하지만, 그 존재는 류구의 역사로 설명됩니다. 소행성 자체는 충돌로 모체가 파괴된 후 잔해에서 탄생한 것으로 추정됩니다. 원래 몸체도 얼음으로 덮여 있었는데, 이는 류구에서 발견된 자철광, 탄산염, 규산염을 설명합니다. 형성하려면 물이 필요합니다.
자철석은 상자성(철 함유 및 자성) 광물입니다. 이는 모든 C형 소행성에 존재하며 잔류 또는 잔류 자화를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 소행성의 영구 자화는 자철광이 형성될 당시와 장소에서 자기장이 얼마나 강했는지를 밝힐 수 있습니다.
Kimura와 그의 팀은 Ryugu 샘플에서 두 개의 자철광 조각(특수한 모양 때문에 프람보이드라고 알려짐)의 잔류 자화를 측정할 수 있었습니다. 이는 우리 태양계가 형성된 성운에 자기장이 존재했다는 증거이며, 자철광이 형성될 당시 이 자기장의 강도를 보여줍니다.
그러나 다른 세 개의 자철광 조각은 전혀 자화되지 않았습니다. 이것이 우주 풍화가 작용하는 곳입니다.
…그리고 잃어버린 것
연구진은 샘플을 통해 고에너지 전자파를 보내는 투과전자현미경을 사용하여 수행되는 전자 홀로그래피를 사용하여 문제의 세 프레임에 자성 화학 구조가 포함되어 있지 않음을 발견했습니다. 이로 인해 자철석과 근본적으로 달라졌습니다.
주사전자현미경을 사용한 추가 분석 결과, 자철석 입자는 대부분 산화철로 만들어졌으나 자성을 잃은 입자에는 산소가 더 적은 것으로 나타났습니다. 이는 전자가 시스템에 기증됨에 따라 물질이 화학적 환원을 겪었음을 나타냅니다. . . 산소(및 산화철)의 손실은 자철석의 전자 구성에 따라 달라지는 자성의 손실을 설명합니다. 그래서 키무라는 이를 ‘가짜 자철석’이라고 부른다.
그러나 애초에 자철광의 감자화를 초래한 환원의 원인은 무엇입니까? Kimura와 그의 팀은 자기가 제거된 프레임이 나온 샘플 부분에서 100개 이상의 금속 철 분자를 발견했습니다. 특정 크기의 운석이 류구 지역에 충돌했다면 마그네타이트 프람보이드에서 대략 그 만큼의 철 입자가 생성되었을 것입니다. 연구자들은 이 신비한 물체가 다소 작았거나 믿을 수 없을 정도로 빠르게 움직였다고 믿고 있습니다.
같은 연구에서 그들은 “충돌 속도가 증가함에 따라 추정 발사체 크기가 감소합니다”라고 말했습니다.
가짜 자철석은 돌팔이처럼 보일 수도 있지만 실제로 초기 태양계가 어땠는지에 대해 더 많은 것을 배우려는 향후 조사에 도움이 될 것입니다. 그 존재는 소행성에 물이 사전에 존재했다는 사실뿐만 아니라 소행성의 형성에 영향을 준 미소운석 충격과 같은 우주 풍화 작용을 나타냅니다. 자기 손실의 양은 소행성의 전반적인 생존 가능성에도 영향을 미칩니다. 영속성은 물체의 자성과 물체가 형성될 때 주변 자기장의 강도를 결정하는 데 중요합니다. 초기 태양계의 자기장에 대해 우리가 알고 있는 것은 생존 기록을 통해 재구성되었으며, 그 중 대부분은 자철석에서 비롯되었습니다.
이러한 입자의 자기적 특성 중 일부는 오래 전에 사라졌을 수도 있지만, 남아 있는 것으로부터 미래에 많은 것을 얻을 수 있습니다.
네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications), 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-47798-0
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”