콰오아(Quaoar) : 왜행성의 가장 특이한 고리

콰오아(Quaoar)는 해왕성과 명왕성 사이에 위치한 소행성으로 2002년에 발견되어 향후 준행성으로 분류될 가능성이 있는 태양계 외곽 천체 중 하나입니다. 에지워스 카이퍼 벨트에 위치하며, 태양으로부터 약 60억㎞(43.7au) 떨어진 거의 원형에 가까운 궤도를 약 290년 주기로 공전하고 있습니다. 이 작은 행성은 미국의 천체 물리학자 마이클 브라운에 의해 발견되었으며, 그 크기는 지름 약 1,100㎞ 정도로 추정되고 있습니다.

콰오아의 발견

2002년 6월 4일 캘리포니아 공과대학의 천문학자 마이클 브라운이 캘리포니아 패서디나에 있는 천문대에 있는 사무엘 오싱 망원경으로으로 촬영한 이미지에서 발견했습니다. 이 발견은 2002년 10월 7일 미국 천문학회 연례회의에서 발표했습니다. 이후 조사 결과, 가장 오래된 이미지로는 1954년 5월 25일 팔로마 천문대에서 촬영한 사진 건판에 이 천체가 찍혀 있는 것으로 밝혀졌습니다. 

콰오아는 발견 당시 직경이 약 1,100㎞로 추정되며, 명왕성 이후 발견된 가장 큰 천체이자, 지금까지 알려진 소행성 중 가장 큰 천체였습니다. 이후 세도나와 엘리스에게 그 자리를 내주었으나 이후 세도나의 지름이 하향 조정되어 콰오아 보다 작을 가능성이 있습니다. 이후 2019년 6월 도쿄대 기소 관측소의 고감도 영상 관측을 통해 콰오아에 대기가 거의 존재하지 않는 것으로 밝혀졌습니다. 

 

명칭의 유래

이 천체의 이름은 '해왕성보다 충분히 멀리 떨어져 있고 태양계의 수명만큼 오랫동안 안정된 궤도를 가진 천체에는 창세신화와 관련된 이름을 붙인다'라는 국제천문연맹의 규칙에 따라 로스엔젤레스 주변의 미국 원주민 통바족이 노래와 춤으로 신과 생명체를 창조의 신 콰오아르에서 이름을 따왔습니다.

 

표면의 특징

콰오아의 평균 밀도는 4.2 ± 1.3 g/㎝3로, 태양계 외곽 천체로는 상당히 고밀도 천체로 여겨집니다. 이는 콰오아가 암석과 얼음의 혼합물로 이루어진 일반적인 외곽 천체와 달리 얼음을 거의 포함하지 않음을 나타냅니다. 알베도는 0.1 정도로 상당히 낮은 것으로 추정되는데, 이는 표면에서 얼음이 많이 빠져나갔다는 것을 의미합니다. 2015년 뉴호라이즌스 계획으로 탐사선이 명왕성을 방문하고, 이후 몇 개의 외곽 천체를 탐사하게 되면 이러한 사실에 대해 훨씬 더 많은 지식을 얻을 수 있을 것입니다.

2004년 콰오아 표면에 물의 결정이 존재한다는 사실이 확인되어 연구자들을 놀라게 했습니다. 이는 최근 1,000만 년 이내에 표면 온도가 -160ºC(110K) 이상으로 상승했음을 나타냅니다. 원래 -220ºC(55K)였던 콰오아의 원래 온도가 어떤 원인으로 상승했는지에 대해 여러 가지 추측이 나오고 있습니다. 소천체의 충돌로 온도가 높아졌다는 설을 주장하는 연구자들도 있지만, 가장 많이 논의된 설은 콰오아의 중심핵에 포함된 방사성 원소의 붕괴열로 인해 빙화산 현상이 일어나고 있는 것으로 추정되고 있습니다. 

 

분류 경위

콰오아의 발견으로 명왕성을 행성으로 분류할 근거가 다소 약해졌습니다. 당시 천문학자들은 콰오아 정도의 크기를 가진 외곽 천체가 10개 정도 존재할 수 있다고 생각하고 있었기 때문에 명왕성 외에도 콰오아와 그 천체들을 행성에 포함시키도록 행성의 정의를 변경해야 할 필요성이 제기되었습니다.

콰오아는 어떤 의미에서 명왕성보다 더 행성 같다고 할 수 있습니다. 콰오아의 공전궤도는 반경 40au를 약간 넘는 원에 가까운 궤도로, 명왕성처럼 이심률이 큰 타원형 궤도가 아니고 해왕성과 마찬가지로 콰오아의 궤도도 명왕성의 근일점과 원일점 사이에 있습니다. 따라서 어떤 시기에는 명왕성이 콰오아보다 태양에 가까워지고, 어떤 시기에는 콰오아보다 멀어집니다. 콰오아에 이어 더 큰 세도나가 발견되고, 명왕성보다 직경이 더 큰 에리스가 발견되면서 행성 정의에 대한 재검토가 필요하게 되었습니다. 결국 2006년 8월 24일 국제천문연맹 총회에서 행성의 정의가 채택된 결과, 명왕성 등 3개 천체가 준행성(dwarf planet)으로 분류되었습니다. 또한 향후 관측을 통해 준행성으로 인정받을 수 있는 천체로 콰오아 등 10여 개가 리스트에 올렸습니다. 

 

콰오아 고리

2023년 2월, 과학저널 '네이처'에 콰오아 주변에 고리가 존재한다는 연구 결과가 발표됐습니다. 연구팀은 라 팔마 섬에 있는 세계 최대 광학 망원경인 구경 10.4m '카나리아 대형망원경'(GTC)에 장착된 초감도 카메라 '하이퍼캠'을 활용해 콰오아에서 고리를 찾아냈습니다. 행성이 아닌 천체에서 고리가 있는 것이 명확하게 확인된 것은 칼리클로와 아우메아에 이어 세 번째입니다. 이 고리는 2018년부터 2021년까지 발생한 콰오아의 은폐 관측을 통해 발견됐습니다. 고리는 콰오아에서 4,148.4 ± 7.4㎞ 떨어진 곳에 존재하는 것으로 보이는데, 이는 행성을 포함한 다른 천체의 고리와는 달리 모첸체의 로슈 한계에서 2배 이상 떨어진 거리에 존재한다는 특징이 있습니다. 

콰오아 고리는 준행성 후보인 소행성 콰오아 주변에 존재하는 고리에 대해 설명합니다. 콰오아의 고리는 2023년에 발견되어 소행서 중 칼리클로, 킬론, 하우메아에 이어 4번째로 고리가 존재하는 것을 밝혀진 천체가 되었습니다. 고리의 존재가 확인되지 않은 킬론을 제외하면 세 번째이고 콰오아는 발견 순서대로 'Q1R', 'Q2R'로 잠정 명명된 폭이 작은 두 개의 고리를 가지고 있습니다. 이들 고리의 공전 주기와 콰오아의 자전 주기는 정수 비율로 자전 궤도 공명 상태에 있습니다.