오르쿠스 : 행성으로 인정될 가능성이 있는 소천체

오르쿠스(90482 Orcus)는 에지워스 카이퍼 벨트에서 공전하는 태양계 외곽 천체입니다. 지름이 약 910㎞이며, 준행성으로 분류될 수 있는 천체 중 하나입니다. 반스라는 대형 위성을 가지고  있습니다. 오르쿠스의 표면은 비교적 밝고 알베도(반사능)가 약 23%에 달하며, 표면의 색은 회청색으로 물의 얼음이 풍부하게 존재하는 것으로 알려져 있습니다. 얼음은 주로 결정체로 존재하는데, 이는 과거 빙화산 활동과 관련이 있을 수 있습니다. 또한 메탄과 암모니아 등 다른 화합물도 표면에 존재할 수 있습니다. 오르쿠스는 2004년 2월 17일 미국의 천문학자 마이클 브라운, 채드윅 토르히요, 데이비드 라비노위츠에 의해 발견되었습니다. 

오르쿠스는 해왕성과 2:3의 궤도 공명을 일으키는 태양계 외곽 천체들이 분리된 명왕성군에 속하며, 이는 오르쿠스가 궤도를 2바퀴 도는 동안 해왕성은 3바퀴를 돌고 있음을 의미합니다. 이 특성은 명왕성에도 공통적으로 나타나는데, 오르쿠스의 궤도는 명왕성의 궤도와 위상이 반대로 명왕성이 근일점에 있을 때 오르쿠스는 원일점에 있게 됩니다. 또한, 궤도 이심률과 궤도 경사각은 비슷하지만, 오르쿠스의 원일점은 명왕성과 거의 반대 방향에 있습니다. 이러한 유사점과 명왕성을 공전하는 대형 위성 카론을 연상시키는 대형 위성인 반스의 대비로 오르쿠스는 '안티 플루토(The anti-Pluto)라고도 불립니다. 

 

발견

오르쿠스라는 명칭은 에트루리아 신화와 로마 신화에 등장하는 지하세계의 사신인 오르쿠스에서 따왔습니다. 명왕성의 영어 이름 'Pluto'의 유래가 된 플루토는 지하세계의 지배자이지만, 오르쿠스는 지하세계에서 유죄 판결을 받은 죄인입니다. 이 명칭은 2004년 11월 26일 소행성센터(MPC)가 발행한 소행성 회보(MPC 53177)에서 공식적으로 승인되어 게재되었습니다. 국제천문연맹(IAU)이 정한 천체 명명 규칙에 따르면 명왕성과 같은 규모의 천체는 명왕성이 지배하는 지하세계의 신들의 이름을 따서 명명하도록 규정되어 있습니다. 따라서 발견자들은 에트루리아 신화에서 지하세계에서 맹세를 어긴 죄인인 사신 오르쿠스의 이름을 붙일 것을 제안했습니다. 이 명칭은 발견자 중 한 명인 마이클 브라운은 그의 아내가 어린 시절을 보냈고, 자주 방문했다는 오르쿠스의 발음이 같은 오크스 섬에서 유래했다는 사적인 언급도 있었습니다. 

 

크기와 밝기

오르쿠스의 절대등급은 약 2.3 등급입니다. 스피처 우주망원경의 원적외선 관측과 허셜 우주망원경의 서브밀리파대 관측을 통한 오르쿠스 검출에서 지름은 958.4㎞, 불확실성은 22.9㎞로 추정되었습니다. 오르쿠스의 알베도는 약 21~25%이며, 이는 직경이 1,000㎞에 가까운 태양계 외곽 천체의 전형적인 값입니다. 밝기와 크기 추정은 오르쿠스가 특이한 천체라는 가정 하에 이루어졌습니다. 비교적 큰 위성인 반스의 존재는 이러한 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 2016년 아타카마 대형 밀리미터파 서브밀리파 간섭계(ALMA)의 서브밀리파 측정에 따르면, 반스의 절대등급은 4.88등급으로 추정되며, 이는 오르쿠스보다 약 11배 더 어둡습니다. 2017년 발생한 반스 별의 은폐 관측에서 반스 지름은 442.5㎞, 불확실성은 10.2㎞로 측정되었습니다. 마이클 브라운은 자신의 웹사이트에서 Orx를 "거의 확실하게" 준행성이 될 천체로 등재했으며, G.Tancredi는 Orx를 준행성으로 분류했고, 2006년에 작성된 국제천문연맹의 초안에 따라 준행성으로 간주될 만큼 충분히 크다고 결론지었습니다. 현재 국제천문연맹은 오릭스를 공식적으로 준행성으로 인정하지 않고 있습니다. 

 

질량과 밀도

오르쿠스와 반스를 합친 질량은 (6.348 ± 0.019) × 1020㎏, 이는 토성의 위성인 테티스 (6.175 × 1020㎏)의 질량과 거의 비슷합니다. 현재 준행성으로 분류되는 천체 중 가장 큰 질량을 가진 천체인 에리스 (1.66 × 1022㎏)와 비교하면, 오르쿠스계의 질량은 에리스의 3.8%에 해당합니다. 오르쿠스와 반스가 각각 이 질량에서 차지하는 비율은 양자의 상대적 밀도에 따라 달라집니다. 오르쿠스의 밀도는 약 1.53g/㎝3이지만, 반스의 밀도는 불확실하며, 추정치는 0.8~1.53g/㎝3의 범위에 있습니다.

 

스펙트럼과 표면

2004년에 이루어진 오르쿠스의 첫 번째 분광 관측에서는 오르쿠스의 가시광선 스펙트럼이 평탄하고 특징이 없는 것으로 나타났지만, 근적외선에서는 파장 1.5~2.0㎛ 범위에서 중등도의 강한 물 흡수대(Water absorption band)가 발견되었습니다. 오르쿠스의 중간 정도의 가시광선 스펙트럼과 강한 물 흡수대는 오르쿠스가 다른 태양계 외곽 천체와는 다른 것으로 보입니다. 2004년 유럽남방천문대와 쌍둥이자리 천문대의 추가 적외선 관측 결과, 오르쿠스의 표면에 물의 얼음과 솔린 같은 탄소 화합물의 혼합물이 존재한다는 결과가 나왔습니다. 물의 얼음과 메탄의 얼음은 각각 오르쿠스 표면에서 전체의 50%와 30%까지만 덮을 수 있는 것으로 알려져 있습니다 표면의 얼음 비율은 명왕성의 위성인 칼론보다 작으며, 이는 칼론보다 해왕성의 위성인 트리톤과 조성이 더 비슷하다는 것을 의미합니다.

오르쿠스는 질량 크기가 태양계 외곽 천체가 메탄과 같은 휘발성 물질을 지표면에 충분히 보유할 수 있는 임계값에 위치하는 것으로 알려져 있습니다. 오르쿠스의 반사 스펙트럼은 하우메아족과 무관한 태양계 외곽 천체 중 가장 깊은 물의 얼음 흡수대를 보여줍니다. 한편 오르쿠스의 적외선 스펙트럼은 천왕성의 대형 얼음 위성과 매우 유사합니다. 다른 태양계 외곽 천체 중에서는 명왕성 계열에 속하는 대형 태양계 외곽 천체 2003 AZ84와 명왕성의 위성 카론이 오르쿠스와 유사한 표면 스펙트럼을 가지고 있으며, 평평하고 특징이 없는 가시광선 스펙트럼과 중등도의 강한 물얼음 흡수대가 보이는 근적외선 스펙트럼을 가지고 있습니다. 

 

얼음 화산 활동

태양계 외곽 천체 표면의 물의 얼음 결정은 약 1000만 년 동안 은하계와 태양 복사에 의해 완전히 비정질화되는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 오르쿠스 표면에 물의 얼음 결정, 그리고 아마도 암모니아 얼음이 존재할 것이라는 것은 오르쿠스에서 표면을 갱신하는 메커니즘이 과거에 활발하게 작동했을 가능성이 있다는 것을 보여줍니다. 지금까지 미란다를 제외한 다른 태양계 외곽 천체나 거대 행성의 얼음 위성에서는 암모니아가 검출되지 않았습니다. 오르쿠스의 1.65㎛ 파장대는 칼론, 콰이어, 하우메아, 거대 행성을 공전하는 얼음 위성과 마찬가지로 넓고 깊습니다. 일부 계산에 따르면, 표면을 갱신할 수 있는 메카니즘 중 하나로 여겨지는 빙화산 활동(Cryovolcanism)이 직경이 1,000㎞가 넘는 태양계 외곽 천체에서 실제로 발생할 수 있는 가능성이 있습니다. 오르쿠스는 과거에 이러한 활동을 한 번 이상 경험했을 가능성이 있으며, 그 결과 표면의 비정질화된 물의 얼음이 결정질로 변했을 수 있습니다. 이 경우 선호되는 화산 활동 유형은 물과 암모니아의 용융물에서 메탄의 용해로 인한 폭발적인 수성 화산활동이었을 수 있습니다. 방사성 붕괴에 의한 내부 가열 모델은 오르쿠스가 내부에 액체 물로 구성된 내부 해양을 유지할 수 있음을 시사합니다.

 

위성

오르쿠스는 반스(90482 Orcus I Vanth)라는 1개의 위성을 가지고 있는 것으로 알려져 있습니다. 반스는 마이클 브라운과 T.-A 수어에 의해 2005년 11월 13일 허블우주망원경으로 관측한 결과를 분석하여 발견되었으며, 2007년 2월 22일자 국제천문연맹 회보 8812호에 발표되었습니다. 2016년 수행된 오르쿠스 - 반스 시스템의 공간분해 서브밀리파 영상에서 반스의 크기가 비교적 큰 것으로 밝혀졌으며, 직경은 475㎞, 불확실성은 75㎞로 추정되었습니다. 이 추정치는 2017년 반스 항성 은폐 시 추정치인 약 442.5㎞와 잘 일치합니다. 명왕성의 위성 카론과 마찬가지로, 반스가 주천체인 오르쿠스에 비해 크기가 상당히 큰 것도 '안티-플루토'로 표현되는 이유 중 하나입니다. 오르쿠스가 준행성으로 정식으로 인정받으면 반스는 카론, 디스노미어에 이어 세 번째로 큰 알려진 준행성 위성이 됩니다. 오르쿠스와 반스의 질량비는 불확실하며, 아마도 12:1에서 33:1의 범위 내에 있을 것으로 생각됩니다.