소행성 ‘딘키네시(’왼쪽)와 접촉 쌍성 위성 ‘셀람’(오른쪽). / NASA

광활한 우주에는 신비한 현상들도 무수히 많다. 샴쌍둥이처럼 붙어있는 쌍별 위성이 발견됐다.  

소행성 주위를 공전하는 위성은 뜻밖에도 드물지 않다. 그러나 소행성의 위성(지구로 치면 달) 두 개가 하나로 붙어 있는 모습인 '접촉 쌍성(contact-binary) 위성'이 처음 확인됐다. 이 같은 사실은 미국 항공우주국 NASA의 루시(Lucy) 우주선이 포착한 데이터를 바탕으로 국제연구팀이 밝혀냈다. 미국 사우스웨스트연구소(SwRI) 해럴드 레비슨 박사의 국제연구팀 논문이 과학저널 '네이처(nature)' 5월 30일 자에 실렸다.

미국의 스페이스닷컴 등에 따르면, 소행성 152830 딘키네시(Dinkinesh, 애칭 딘키)의 쌍둥이 위성은 모체에서 우주 암석이 분리된 뒤 오랫동안 서서히 합쳐져 탄생했다. 즉 직경 200m가 넘는 두 위성은 딘키가 햇빛을 흡수하고 다시 방출한 후 우주를 빙빙 돌면서 자신의 암석을 떨궈낸 뒤 암석들이 합체한 산물이다. 딘키에서 떨어져 나온 물질 중 일부는 다시 소행성으로 떨어져 적도 능선을 형성했다. 소행성 내부 구조가 어떻게 스트레스에 반응해 왔는지를 보여주는 사례다.

딘키의 경우 태양 광자의 운동량과 열 광자가 소행성 주변을 밀어내는 소량의 추력을 생성한다. 극도로 완만한 추력이 영겁에 걸쳐 소행성 회전에도 영향을 미친다. '요프 효과(YORP effect·역학적으로 불안정한 소행성이 작은 외력에도 자전 속도가 쉽게 변화)'로 우주 암석의 회전이 증가했다. 딘키는 지금 3.7시간마다 한 번씩 회전 중이다.

레비슨 박사는 "행성은 기본적으로 태양 궤도를 도는 소행성 같은 물체가 부딪히면서 형성됐다"며 "지구 같은 행성이 어떻게 현재 상태가 됐는지 알려면 물체들이 충돌할 때 서로 어떻게 거동하는지 이해하는 것이 중요하다"고 말했다.

디디모스(Didymos)에게 디모르포스(Dimorphos)처럼 소행성에 동반자가 있다는 사실은 놀랍지 않다. 그러나 딘키에게 셀람(Selam)이라는 작은 달 자체가 접촉 쌍성이라는 점이 흥미롭다. 셀람은 다소 둥근 두 개의 물체가 돌출부를 덧대고 있는 모습이다. 둘의 크기는 비슷하고 너비는 각각 210m, 230m. 셀람은 딘키와 3.1km 거리를 두고 52.7시간마다 공전한다. 셀람이 딘키에 조석으로 고정되어 있기 때문이다.  

2021년 발사된 루시의 임무는 목성과 궤도를 같이하는 트로이 소행성의 탐사다. 목성의 L4 및 L5 라그랑주 지점에 도달하고자 화성과 목성 사이 소행성대를 순항하던 루시는 의외의 보물을 챙겼다. 2023년 11월 1일 우주에서 접촉 쌍성 위성을 발견한 것. 당시 딘키에 431km 이내로 비행하던 루시는 LORRI(장거리 정찰 이미저)로 혼자가 아닌 딘키를 촬영해 냈다.

2023년 11월 1일 루시가 포착한 딘키네시와 위성. 대비를 위해 조정된 이미지에서 위성은 하나로 보인다. / NASA

NASA와 루시 프로젝트를 담당한 사우스웨스트연구소는 이미 지난해 11월 1일 촬영한 디키네시 소행성과 위성의 첫 사진을 사흘 뒤 공개한 바 있다. 당시 소행성의 위성은 비슷한 크기의 암석 2개가 가까이 붙어있는 ‘쌍둥이 달’로만 알려졌다. 그러나 이번에 국제연구팀에 의해 소행성 주위를 공전하는 ‘접촉 쌍성’으로 판명됐다.