[사이테크+] 풀리지 않는 목성의 핵 수수께끼…"거대 충돌로는 형성 안 돼"

작성일 08-22

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 국제 연구팀 "목성 '희석된 핵', 장기간 물질 흡수 방식으로 형성된 듯" 
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 (서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 태양계 최대 행성 목성은 중심부에 무거운 원소들이 있지만 암석처럼 경계가 뚜렷하지 않고 안쪽부터 바깥쪽 수만㎞까지 수소·헬륨과 섞여 퍼져 있는 '희석된 핵'(dilute core)을 가진 것으로 알려져 있다.
 하지만 이런 특이한 핵 구조가 형성된 과정은 미스터리로 남아 있다. 거대한 암석 행성과의 충돌이 원인일 것이라는 가설이 제시돼 왔지만, 시뮬레이션 연구에서 거대 충돌로는 '희석된 핵'이 만들어질 수 없다는 결과가 나왔다. 
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 <img alt="목성과 원시행성의 거대 충돌 시뮬레이션 모습 시뮬레이션 실험에서 거대한 원시행성이 목성의 핵과 충돌한 후 충격파로 핵이 섞이고 있다. 연구팀은 이런 거대 충돌로는 핵과 주변 가스의 경계가 희미한 '희석된 핵' 구조가 형성될 수 없다는 결론을 내렸다. [Thomas Sandnes 제공. 재판매 및 DB 금지]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/22/yonhap/20250822092630814atem.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="HRkIl63IHr" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/22/yonhap/20250822092630814atem.jpg" width="658">
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 목성과 원시행성의 거대 충돌 시뮬레이션 모습 시뮬레이션 실험에서 거대한 원시행성이 목성의 핵과 충돌한 후 충격파로 핵이 섞이고 있다. 연구팀은 이런 거대 충돌로는 핵과 주변 가스의 경계가 희미한 '희석된 핵' 구조가 형성될 수 없다는 결론을 내렸다. [Thomas Sandnes 제공. 재판매 및 DB 금지]
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 영국 더럼대 토머스 샌네스 박사가 이끄는 국제 연구팀은 영국왕립천문학회 월보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에서 시뮬레이션 결과 목성의 '희석된 핵' 구조는 형성과 성장 과정에서 무거운 물질과 가벼운 물질을 흡수하는 방식으로 만들어진 것으로 추정된다고 밝혔다.
 샌네스 박사는 "극히 격렬한 사건이 목성 같은 거대 행성의 성장에 미치는 영향을 연구하는 것은 매우 흥미롭다"며 "시뮬레이션에서 목성 핵까지 흔들릴 정도의 충돌을 보긴 했지만, 그것으로 현 목성 내부구조를 설명할 수는 없었다"고 말했다.
 목성은 암석·얼음 등 고체 핵을 수소와 헬륨 가스가 둘러싼 구조일 것으로 추정돼 왔으나 미항공우주국(NASA) 목성 탐사선 주노(Juno)가 핵과 주변 가스의 경계가 희미한 '희석된 핵' 구조를 밝혀낸 후 그 형성 과정 규명이 과학자들의 주요 연구 과제가 됐다.
 이에 대한 가설로는 초기에 단단했던 핵이 오랜 기간 금속성 수소 등과 상호작용해 점차 섞였다는 '핵 침식', 목성과 다른 원시행성이 충돌해 중심부가 뒤섞여 경계가 희미해졌다는 '거대 충돌', 초기부터 무거운 원소와 가벼운 기체가 한꺼번에 섞여 흡수돼 '희석된 핵'이 됐다는 '점진적 혼합' 등이 제시됐다.
 연구팀은 이 연구에서 물질이 섞이는 과정을 정밀하게 묘사할 수 있는 새로운 방법을 적용, 더럼대 슈퍼컴퓨터(DiRAC COSMA)로 원시행성 충돌이 '희석된 핵'을 만들 수 있는지 알아보는 시뮬레이션 실험을 했다. 
 그 결과 극한 조건에서의 충돌 상황까지 고려한 시뮬레이션에서도 목성과 원시행성의 거대 충돌로는 현재 존재하는 것과 같은 안정적인 '희석된 핵; 구조는 만들어지지 않는 것으로 나타났다.
 연구팀은 시뮬레이션 결과, 충돌이 일어나면 밀도 높은 암석과 얼음 등 핵 물질이 일시적으로 밀려났다가 빠르게 가라앉아 '희석된 핵'처럼 뒤섞인 상태가 아니라 수소·헬륨 층과 사이에 다시 뚜렷한 경계가 생기는 것으로 나타났다고 설명했다.
 최근 연구에 따르면 토성 역시 '희석된 핵'을 가지고 있는 것으로 나타났다 
 공동 저자인 오슬로대 루이스 테오도로 박사는 "토성도 '희석된 핵'을 가지고 있다는 것은 이런 구조가 매우 드문 거대 충돌 때문에 생긴 게 아니라 오랜 기간 행성이 성장하고 진화하는 과정에서 서서히 형성된다는 가설을 뒷받침한다"고 말했다.
 ◆ 출처 : Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, T. D. Sandnes, V. R. Eke, J. A. Kegerreis, R. J. Massey and L. F. A. Teodoro, 'No dilute core produced in simulations of giant impacts on to Jupiter', http://dx.doi.org/10.1093/mnras/staf1105
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