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거대마젤란망원경(GMT), 5번째 반사경 주조 시작 - 총 7개 반사경 중 5번째 이미지
■ 한국천문연구원을 비롯해 11개 글로벌 파트너 기관이 참여하는 거대마젤란망원경기구(GMTO, Giant Magellan Telescope Organization)가 세계 최대의 광학망원경인 거대마젤란망원경(이하 GMT)의 5번째 반사경 제작을 시작했습니다. □  지름 8.4m의 거대한 반사경 7장으로 구성되는 GMT는 전체 구경이 약 25.4m로, 허블우주망원경보다 최대 10배 선명한 영상을 제공할 수 있습니다. 이를 통해 천문학자들은 가까운 별 주위에 존재하는 행성뿐만 아니라 역사상 가장 먼 우주를 관찰하여 우주 탄생 초기까지 연구할 수 있게 됩니다. GMT 완성 모습(예상도). □  현재 반사경은 미국 투산에 소재한 애리조나대학(Arizona's Richard F. Caris Mirror Laboratory)에서 제작 중입니다. 반사경은 형체를 제작하는 데만도 1년여가 소요되고, 그 뒤에도 3년에 걸쳐 반사경 표면을 정밀하게 연마하는 과정을 거쳐야만 비로소 완성됩니다. □  GMT의 반사경 제작은 크게 세 단계로 나뉩니다. 1단계는 반사경의 기본형상을 만드는 주조(casting), 2단계가 반사경의 형상을 다듬는 성형(generating), 3단계는 반사경 표면을 다듬는 연마(polishing) 작업입니다. 반사경의 재료로 사용되는 유리블록은 온도 변화에 따른 크기/부피 변화가 극도로 작은 특수 유리로, 일본 오하라(Ohara) 사에 특별 주문해 생산합니다. 이 유리블록 17.5톤을 주조틀에 넣어 1,165도로 가열해 녹인 다음 서서히 유리를 냉각한 후 성형 및 연마의 과정을 거칩니다. 이러한 공정을 통해 거울 표면의 굴곡이 사람 머리카락 두께의 1000분의 1보다도 작은 정밀도로 연마된 반사경이 완성됩니다. □  첫 번째 반사경은 2012년에 완성됐으며, 현재 4개의 반사경이 순차적으로 제작 중입니다. 여섯 번째 반사경의 유리 재료는 최근에 연구소로 배달됐으며 일곱 번째 반사경의 재료는 주문 중입니다. □  완성된 반사경들은 칠레 아타카마 사막의 라스 캄파나스에 있는 GMT 설치 예정지로 옮겨질 예정입니다. 이 사이트는 선명하고 어두운 하늘과 안정적인 대기조건을 갖추고 있어 천문관측 최적지 중 하나로 꼽힙니다. GMT는 4개의 반사경만 먼저 장착해 2023년께 첫 관측을 시작할 예정이며, 2026년부터는 정상 가동을 목표로 하고 있습니다. □  GMTO 이사회에서 한국을 대표하는 이사로 활동하고 있는 한국천문연구원 대형망원경사업단장 박병곤 박사는 “기술적으로 가장 어렵고 기간이 오래 걸리는 작업이 반사경 제작인데 현재 제작이 순조롭게 진행되고 있어 만족한다”며 “주경과 쌍을 이루는 부경 시스템을 개발하고 있는 한국천문연구원도 이에 발맞추어 GMT가 성공적으로 건설될 수 있도록 최선을 다할 계획이며, 이는 우리나라 광학 및 광기계 기술의 도약에 기여할 것이다”고  밝혔습니다. 반사경의 재료인 유리블록을 주조틀 안에 넣는 모습 반사경의 기본형상을 만드는 주조 과정 반사경 표면을 정밀하게 연마하는 과정 [참고] 용어 설명 및 참고 사이트 거대마젤란망원경기구(GMTO) - 거대마젤란망원경기구(GMTO)는 글로벌 파트너 기관을 대표하여 GMT 프로젝트를 관리하는 기구로서 한국천문연구원을 비롯해 호주의 호주천문재단과 호주국립대학, 미국의 카네기연구소, 하버드대학, 스미소니언연구소, 텍사스 A&M 대학, 아리조나대학, 시카고대학, 텍사스오스틴대학, 그리고 브라질의 상파울루 연구재단이 참여하고 있다. - 거대마젤란망원경기구(GMTO)에 대한 최근 소식은 GMTO의 SNS 계정(twitter.com/GMTelescope, https://www.facebook.com/GMTelescope, https://www.instagram.com/gmtelescope/) 및 GMTO 홈페이지( http://www.gmto.org)를 참조하면 된다. [문의] ☎ 042-865-2103, 대형망원경사업단 이호규 선임연구원
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천체에서 오는 중력파와 감마선, X-선, 가시광선 등 전자기파 신호의 동시 관측 최초 성공 이미지
■  국내 연구진 38명을 포함한 국제공동연구팀은 라이고, 비르고, 그리고 70여 개의 지상 및 우주 관측시설들을 사용해 중력파와 전자기파 관측을 동시 수행하는 데 성공함으로써 중성자별의 충돌로부터 일어나는 일련의 물리적 과정을 규명했습니다. 블랙홀 충돌로부터 나오는 중력파 발견(2017년 노벨물리학상 수상)에 이어 중성자별의 충돌에 의한 중력파를 라이고(LIGO)와 비르고(Virgo)로 처음으로 검출함은 물론 감마선, X-선, 가시광선에서도 이 중력파 천체를 포착하는 데 최초로 성공한 것입니다. 이를 통해 중성자별 충돌의 증거로 예측되어 온 킬로노바(Kilonova) 현상과 이의 진행 과정도 동시에 규명할 수 있었습니다.  ※  킬로노바 : 신성(노바, Nova)의 1000배 정도 에너지를 내는 현상이라는 뜻의 킬로노바는 신성과 초신성 사이에 해당하는 에너지를 내는 현상입니다. 이제까지 이론적으로만 알려졌던 킬로노바가 관측적으로 설득력 있게 증명된 것은 이번이 처음입니다. 주 에너지원은 중성자를 빠른 속도로 포획해 만들어지는 무거운 원소가 붕괴하는 과정에서 나옵니다. 신성보다 100만 배 밝은 천체를 초신성 또는 메가노바(Meganova)라 부릅니다.    ○ 지난 8월 17일 오후 9시 41분(한국시간 기준) 국내 연구진(한국중력파연구협력단)이 포함된 라이고와 비르고 과학 협력단은 최초로 중성자별 충돌에 의한 중력파 발생 현상을 관측했고 이 현상을 GW170817로 명명했습니다. 중력파 종료 시각 약 2초 후에는 2초간의 짧은 감마선 폭발 현상이 포착됐고, 약 11시간 후에는 은하 NGC 4993(거리 약 1억 3천만 광년)에서 GW170817에 대응하는 천체가 가시광선으로 발견되면서 GW170817의 위치가 정확히 결정됐습니다. ※  GW170817 영상 바로보기 https://youtu.be/esQHnhzZoGw   ○ 임명신 서울대 교수(초기우주천체연구단 단장)가 이끄는 광학 연구진은 한국천문연구원의 KMTNet 망원경과 서울대학교의 이상각 망원경 등을 사용하여 중력파 발생시각 약 21시간 후부터 GW170817에 대한 가시광선 추적관측을 시작했습니다. 특히 한국천문연구원이 운영하는 KMTNet이 24시간 연속해서 관측한 자료는 GW170817이 킬로노바 현상을 일으켰다는 것을 밝히는 데 중요한 역할을 했습니다. 이와는 별도로 성균관대학교 연구팀도 멕시코에 있는 BOOTES-5 광학망원경과 남극에 있는 IceCube 뉴트리노 천문대로 이 현상을 관측했습니다.   KMTNet 남아공 관측소가 포착한 GW170817의 모습    ○ 그 후 얻어진 NASA의 찬드라 X-선 우주망원경의 X-선, 국내 가시광선, 라이고 비르고 관측 연구결과로부터 중성자별 충돌-킬로노바-특이 감마선 폭발 간의 연결고리를 완성할 수 있었습니다. 즉, 중력파를 통해 GW170817이 중성자별 수준 질량의 천체들  충돌임을 확인했고, 중성자별 충돌 결과로 예측됐던 킬로노바 현상과 특이한 감마선 폭발 현상을 전자기파 신호 관측으로 확인함으로써 중성자별 충돌 현상에 대한 관측증거를 확보한 것입니다.      이번 중성자별 충돌 현상을 시간별로 요약한 그림. 국내연구진은 중력파 신호 검출과 가시광선 신호 추적연구를 수행했습니다.   ○ 국내 광학관측/중력파 연구진이 국제공동 연구진과 수행한 연구결과는 10월16일자로 2편(주요저자 논문 1편)이 네이처에, 5편(주저자 논문 1편)이 천문학 및 물리학 분야 최상위급 저널인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)와 천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)에 게재 또는 게재 예정입니다.  특히 킬로노바 특성을 밝힌 네이처(Nature) 논문과 GW170817이 발생한 곳인 NGC 4993 은하의 특성을 분석한 천체물리학 저널 레터스 논문에서는 국내연구진이 핵심적인 역할을 했습니다. 한편 라이고 과학협력단에서는 GW170817이라고 명명된 중력파 관측 결과를 요약한 논문을 피지컬 리뷰 레터스에, 중력파로 측정한 거리와 이미 알려져 있던 NGC 4993의 적색편이 값을 이용해 새롭게 허블상수를 구한 논문을 네이처에 게재했으며 이들 논문에는 한국중력파연구협력단 소속 연구원 14명이 포함됐습니다.   ○ 이번 연구는 중력파, 감마선, X-선, 가시광선, 적외선, 뉴트리노 입자 등 다양한 방법으로 우주를 연구하는 세계 45개국 900여 기관 소속 50여 개 연구 그룹, 총 3500여 명 과학자들의 협동 연구로 이뤄졌습니다. 국내에서는 한국중력파협력연구단 14명(책임자: 이형목 교수, 서울대), 한국천문연구원(KASI) KMTNet 운영팀 8명(책임자: 이충욱 박사), 서울대학교 초기우주천체연구단 6명(단장: 임명신 교수), 성균관대학교 우주과학연구소 3명(소장: 박일흥 교수) 등 총 38명의 국내과학자들이 이 연구에 참여했습니다. 또한 과학기술정보통신부(장관 유영민)와 한국연구재단(이사장 조무제)이 추진하는 기초연구기반구축사업, 리더연구사업(창의적연구) 그리고 이공분야 기초연구사업이 이 연구를 지원했습니다.     [관련 논문] 이번 관측과 관련해 발표되는 논문 목록 1. Discovery of the X-ray counterpart to the gravitational wave event, GW 170817. 2017, Nature, E. Troja 외 33인 (국내연구진 9명) 2. Distance and properties of NGC 4993 as host galaxy of a gravitational wave source, GW 170817. 2017, ApJL, M. Im, 외 11인 (국내연구진 11명) 3. Multi-Messenger Observations of A Binary Neutron Star Merger. 2017, ApJL, LIGO Scientific Collaboration, Virgo Scientific Collaboration, and Partner Astronomy Groups (총 저자 3500여 명, 국내연구진 38명) 4. The Environment of The Binary Neutron Star Merger GW 170817. 2017, ApJL, Levan, A. J., 외 38인 (국내연구진 1명) 5. GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral, PRL accepted (총 저자 1100여 명, 국내연구진 14명) 6. A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant, Nature accepted (총 저자 1300여 명, 국내연구진 14명)7. Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB170817A, ApJL (총 저자 1150여 명, 국내연구진 14명)     [참고 용어 설명] 1.라이고(LIGO)와 비르고(Virgo)라이고는 Laser Interferometer Gravitational wave Observatory(레이저 간섭계 중력파 관측소)의 약자로서 강력한 레이저를 두 개의 수직 방향으로 나누어 보낸 후 끝에 있는 거울에 의해 반사되어 돌아온 것을 간섭시켜 두 팔의 길이가 중력파에 의해 미세하게 변한 것을 측정함으로서 중력파를 검출하는 장치입니다. 각 팔의 길이는 4km이고 미국 루이지애나 주의 리빙스턴과 워싱턴 주의 핸포드에 각각 1기씩 설치돼있습니다. 비르고는 처녀자리를 뜻하는 중력파 검출기로서 라이고와 거의 같은 구조이며 다만 각 팔의 길이는 3km이다. 이태리 피사 부근에 설치돼있습니다. 라이고의 개념은 1970년대에 처음으로 제안됐고 1990년 미국 과학재단에 의해 건설이 승인된 후 1999년에 구조의 대부분이 완성됐습니다. 2002년부터 2010년까지 초기 라이고를 가동시키면서 감도를 점차 끌어 올렸고 2010년~2015년 동안 어드밴스트 라이고를 조립했습니다. 어드밴스트 라이고는 2015년 9월 15일부터 본격적인 가동에 들어갔고 이틀만인 9월 14일 첫 역사적인 중력파 검출에 성공했습니다. 이러한 공로로 라이고를 성공적으로 이끈 세 명의 과학자(라이너 와이스, 킵 손, 배리 배리시)가 2017년 노벨 물리학상 수상자로 선정됐습니다. 라이고는 미국 과학재단(NSF)이 지원하고 이 프로젝트를 구상하고 건설한 MIT와 칼텍이 운영하고 있습니다. 어드밴스트 라이고 프로젝트를 위한 재정적 지원은 미국 NSF가 이끌고 있으며 독일의 막스플랑크협회 영국의 과학기술위원회, 그리고 호주 연구위원회가 상당한 공헌과 기여를 하고 있습니다. GEO 협력단과 호주의 OzGrav 협력단을 포함하는 전 세계의 1200명이 넘는 과학자들이 라이고 과학 협력단을 통해 같이 협력연구를 수행하고 있습니다. 비르고 협력단은 280명 이상의 과학자와 기술자로 구성되어 있고 이들은 20개의 유럽 내 연구 그룹에 속해 있습니다. 이중 6개는  프랑스  CNRS, 8개는 이태리의 INFN, 두 개는 네덜란드의 Nikef  소속이다. 그 밖에 헝가리, 폴란드, 스페인 그룹과 피사 근처에 있으며 CNRS, INFN 그리고 Nikef의 재정지원을 받는 비르고 검출기 실험실을 운영하는 유럽중력파 천문대(EGO)가 있습니다.   2. KMTNet(Korea Microlensing Telescope Network, 외계행성탐색시스템)한국천문연구원이 구축·운영하는 KMTNet은 직경 1.6m 크기의 거울을 장착한 광시야 망원경과 3.4억 화소의 초대형 모자이크 CCD 카메라로 구성된 관측시스템입니다. 칠레CTIO(Cerro Tololo Inter-American Observatory), 남아공 SAAO(South African Astronomical Observatory), 호주 SSO(Siding Spring Observatory) 천문대 등 남반구 3개 국가 관측소에 설치돼 우리은하 중심부를 24시간 연속 관측하는 ‘별이 지지 않는 관측소’로 운영하고 있습니다. 중력렌즈 현상을 이용한 외계행성 탐색에 최적화된 시스템으로, 지난 2014년 5월부터 2015년 5월까지 설치해 수개월간의 시험관측을 거쳐 2015년 10월 2일 본격 가동을 시작했습니다. 남반구 3개 천문대는 경도 상으로 약 8시간 정도 차이가 나므로, 칠레 관측소에서 관측이 끝나갈 즈음에는 호주에서 관측이 시작되고, 호주 관측이 끝날 때면 남아공 관측소에서 이어서 관측이 진행되므로 24시간 연속 관측이 가능한 세계 최초의 외계행성탐색시스템입니다. 외계행성 탐색 이외에, 우리은하 중심부 영역을 관측할 수 없는 시간에는 초신성, 소행성, 외부은하 등 광시야 관측에 적합한 연구들을 진행하고 있습니다. ※ KMTNet 홈페이지 : http://kmtnet.kasi.re.kr/kmtnet/ 남반구 3개국에 위치한 KMTNet과 한국천문연구원 KMTNet 운영팀 모습   3. 이상각 망원경(Lee Sang Gak Telescope, LSGT) 2014년 10월, 서울대학교가 교육과 연구를 목적으로 호주 사이딩 스프링천문대에 설치한 43cm 구경의 광학망원경입니다. 원격 및 자동관측이 가능하여 서울에서도 남반구의 밤하늘을 관측할 수 있게 했습니다. 2013년 2월 은퇴한 이상각 서울대학교 명예교수의 기부금과 서울대학교 예산을 합쳐서 건립한 망원경입니다. 2016년 7월에는 한국연구재단 리더연구자 지원사업의 지원으로 이상각 망원경의 카메라를 고성능 천체관측용 카메라인 SNUCAM-II로 업그레이드했고, 이번 연구에 이 카메라가 사용됐습니다. 소형망원경이면서 고감도 카메라를 갖추고 있어서 GW170817 발생 직후는 물론, 발생 1주일 후에도 GW 170817의 희미해진 가시광선 신호를 포착할 수가 있었습니다. 또한 중대역 필터를 장착한 덕분에 GW 170817의 초기 스펙트럼 모양을 관측하여 이를 통해 이 중력파 천체가 킬로노바에 기인함을 알 수가 있었습니다.  미국과 같이 기부문화가 일상화되어 있는 곳에서는 독지가들의 기부금으로 교육/연구용 망원경을 건립하는 경우가 많지만, 우리나라에서는 거의 드물다. 이 점에서 이상각 망원경은 매우 모범적인 경우라고 할 수 있습니다.     이상각 망원경과 연구진 모습   4. 한국중력파연구협력단 한국의 연구자들은 한국중력파연구협력단(KGWG,  Korean Gravitational Wave Group, 단장 이형목 서울대 교수)이라는 이름으로 라이고 과학협력단에 참여하고 있다. KGWG는  4개 대학(서울대, 한양대, 부산대, 인제대)과 3개 출연연구소(한국천문연구원, 한국과학기술정보연구원, 국가수리과학연구소)에 속한 30여 명의 물리·천문학자, 대학원생 그리고 컴퓨터 전문가로 이루어진 연구 컨소시엄이다. 한국중력파연구협력단에 속한 14명의 연구자들은 중성자 별 충돌에 의해 나온 중력파 발견  논문에도 저자로 참여하고 있다.  한국 중력파 연구진은 이번에 중력파를 발견한 어드밴스드 라이고의 관측에 사용된 데이터 분석 소프트웨어와 기기 모니터링에 직접적인 역할을 담당했다. 국가수리과학연구소의 연구진은 이번에 사용된 온라인 분석 소프트웨어의 개발 및 성능 향상에 기여했고 중력파 관측 과정에서 필수적으로 실행되는 실시간 데이터 잡음 제거 소프트웨어와 데이터의 품질을 향상시키는 알고리즘의 개발과 구축에 기여했다. 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 글로벌대용량실험데이터허브센터(GSDC)는 기관주요사업과 과학기술정보통신부 기초연구기반구축사업의 지원을 받아 라이고 데이터 그리드와 연동된 컴퓨팅 환경을 구축 운영하고 있다. 한국중력파연구협력단은 KISTI의 전산 자원을 활용해 블랙홀 수치시뮬레이션, 중력파 파형 개발 및 중성자별/블랙홀의 물리량 측정(모수추정)등 중력파 천문자료 분석 연구를 수행하고 있다. ※ 한국중력파연구협력단 홈페이지 :  http://kgwg.nims.re.kr/  
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지구 방사선대의 비밀을 풀다- 반 앨런 프루브 위성 관측으로 새로운 플라즈마 파동 발견 이미지
지구 고유의 자기장으로부터 생성된 지구 자기권은 태양에서 나오는 우주 방사선의 위협으로부터 지구를 보호하는 방패막 역할을 한다. 태양에서 오는 태양풍(Solarwind) 대부분은 지구 자기권에 막혀서 지구로 들어오지 못하지만, 그 중 일부는 지구의 자기력선이 열려 있는 부분인 양 극지역을 통해서 지구로 유입된다. 이때 유입된 일부 저에너지의 전자들은 지구 적도 주변에서 도넛 모양의 띠를 형성하며, 이 영역을 지구 방사선대 또는 반앨런대(Van Allen Belt)라고 한다. 방사선대는 지구 주변의 우주환경을 이해하는 데 도움을 주며 특히 우주 날씨 변화와 관련해 인공위성에 심각한 피해를 줄 수 있기 때문에 천문학자들의 주요 연구대상이다.   한국천문연구원 우주과학본부 황정아 박사가 이끄는 국제연구팀은 방사선대의 생성과 그 안정된 구조가 지속적으로 유지되는 원리에 대한 새로운 사실을 밝혀냈다.   황 박사 연구팀은 NASA의 반 앨런 프루브 위성(Van Allen Probes, VAP)의 관측 자료를 분석해 지구 방사선대 특정한 주파수의 정전기 파동(frequency Upper-Hybrid~40kHz)을 발견했다. 더불어 이 파동과 특정 에너지 영역의 전자들(1-50keV)의 상관관계를 최초로 입증했다. 이는 지구 방사선대가 오랫동안 현재 형태로 유지될 수 있었던 비밀을 풀 수 있는 중요한 단서가 된다.   지금까지 방사선대 관련한 많은 연구들은 태양활동이 활발할 때 플라즈마 파동과 입자의 상호작용에 주목해서 입자들의 가속 과정을 설명했다. 반면 황 박사 연구팀은 태양활동이나 다른 전자기 파동(electromagnetic waves) 현상이 거의 관측되지 않는 극소기, 우주환경이 아주 조용한 상태에서 정전기 파동(electro-static waves)의 존재를 확인하고, 특정 에너지 영역(hot electrons) 전자들과의 상관관계를 입증했다.   이번 발견은 반 앨런 프루브의 탑재체가 정밀한 고주파의 파동 관측이 가능했기 때문에 이룬 쾌거이다.   방사선대 생성의 비밀을 풀기 위해서 NASA에서는 2012년 반 앨런 프루브 라는 쌍둥이 위성을 발사했고, 이 위성들은 현재까지 방사선대에 상주하며 관측을 계속해오고 있다. 한국천문연구원은 NASA와 함께 위성 데이터 수신국을 운영하고 공동 연구를 진행 중이다.   이번 연구논문은 미국 플라즈마 물리학 저널(Physics of Plasmas) 6월 20일자에 게재됐으며, 미국물리학회 홈페이지에 주목할 만한 과학 논문으로  소개됐다.     그림 설명: 지구 방사선대는 적도 상공을 중심으로 도넛 모양으로 지구를 감싸고 있다. 그림의 초록색 부분은 방사선대의 안쪽벨트이고, 파란색 부분은 방사선대의 바깥벨트이다. 안쪽벨트는 주로 양성자로 이루어졌으며 거의 변하지 않는 그대로의 형태를 유지하고, 바깥벨트는 주로 전자로 이루어졌으며 늘 변화무쌍하게 움직인다. 연구팀은 방사선대를 관측하는 NASA 반 앨런 프루브 쌍둥이 위성의 자료를 통해 바깥벨트의 생성과 유지 원리의 단서를 밝혀냈다. 그림 출처: Andy Kale, University of Alberta(https://phys.org/news/2013-12-mysteries-earth-belts-uncovered-van.html)      사진 설명:  본 연구의 주저자인 황정아 박사.  황정아 박사는 지난해 동아일보와 포스텍이 공동기획으로 선정한  ‘한국을 빛낼 젊은 과학자 30인’에 천문학 분야 대표자로 이름이 올랐다.   [논문] - 게재지: 미국 플라즈마 물리학 저널(Physics of Plasmas) - 제목: Roles of hot electrons in generating upper-hybrid waves in the earth's radiation belt - 저자: 황정아, 신대규, Peter H. Yoon, William S. Kurth, Brian A. Larsen, Geoff D. Reeves, 이대영- 게재일자: 2017년 6월 20일 - 논문 바로보기: http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4984249?journalCode=php - 미국물리학회 홈페이지에 주목할 만한 과학 논문으로 기사 소개: “Making waves with the hot electrons within Earth’s radiation belts” by Physic.org, 20 June 2017   (https://phys.org/news/2017-06-hot-electrons-earth-belts.html)   [관련자료] ■ 관련 이전 보도자료 세 번째 반-알렌 벨트의 생성 원인 규명 - 한국천문학자가 포함된 연구진 네이처에 논문 발표(2013.09.30) https://www.kasi.re.kr/kor/publication/post/newsMaterial/2492 천문연, 미 항공우주국 NASA와 우주환경 공동연구 - 29일 NASA 위성 수신국 개소(2012.05.23) https://www.kasi.re.kr/kor/publication/post/newsMaterial/2454?cPage=2   ■ 관련 동영상 링크 VAP 위성 발사와 활동 모습. 태양활동에 따라 지구 방사선 벨트의 변화를 보여주고 있음(출처 NASA) http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=bWMUO33xpPg태양 활동에 따른 지구 방사선 벨트의 변화에 관한 영상(출처 NASA) http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=sF_Gbs1yj6w   -문의- ☎ 042-865-2061, 우주과학본부 태양우주환경그룹 황정아 책임연구원
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거대은하단에서 해파리 타원은하 발견 - 타원은하 중심부에서 밀려나오는 가스 꼬리의 초기 모습 포착 이미지
    ■ 우주 속 수천 개의 은하들이 모인 거대은하단에는 다양한 형태의 은하가 존재한다. 가스의 꼬리가 나온 모양인 ‘해파리은하’는 이제까지 주로 나선은하에서 발견돼왔다. 한국천문연구원(원장: 한인우)은 나선은하가 아닌 타원은하에서 밀려나오는 가스 꼬리의 초기 모습, 즉 해파리 타원은하를 처음으로 발견했다.   ■ 사진은 지구로부터 약 11억 광년 떨어진 곳에 위치한 거대은하단 ‘아벨 2670(Abell 2670)’의 모습이며, 이 중 파란 사각형 안에 있는 은하가 이번에 발견한 해파리 타원은하(SDSS J235418.35-102014.8)이다. 우측에 확대된 자료에서는 은하의 중심(붉은 부분)에서 바깥으로 가스의 꼬리가 흩날리는 해파리 모양을 확인할 수 있다.   □  거대은하단은 수천 개의 은하들이 서로 중력적으로 결합돼, 강력한 중력으로 근처에 맴도는 은하들을 중심으로 빨아들인다. 이때 거대은하단을 채우고 있는 뜨거운 가스의 압력에 의해 은하 안에 남아있던 차가운 가스들이 은하 바깥으로 빠르게 밀려나면서 은하가 이동하는 반대 방향으로 긴 가스 꼬리가 만들어진다. 그 모양이 해파리와 닮았다고 하여 이를 일명 ‘해파리(Jellyfish) 은하’라고 부른다. 이 같은 현상이 일어나기 위해서는 은하 내 차가운 가스의 함량이 높아야하기 때문에 지금까지 해파리은하는 비교적 차가운 가스가 풍부한 나선은하에서만 발견됐다.   □  한국천문연구원 신윤경 박사가 이끄는 국제공동연구팀은 거대은하단 ‘아벨 2670’의 중심으로 빨려 들어가는 타원은하와 이로부터 떨어져 나온 가스에서 새로운 별들이 태어나는 특이한 현상을 포착했다. 은하단의 뜨거운 가스에 의해 타원은하의 형태가 급격히 변형되는 찰나를 포착함으로써 은하 주변 환경이 은하의 진화과정에 미치는 영향에 대한 중요한 실마리를 찾게 됐다.   □  신윤경 박사는 “이 은하는 최근에 가스가 풍부한 은하와 병합을 겪은 뒤 거대은하단의 중심으로 빠르게 빨려 들어가는 중으로 보인다”며 “풍부한 가스의 기원과 해파리은하에서 별 형성이 일어나는 과정을 밝히고자 자외선, 전파 등 다파장 자료를 이용해 후속 연구 중이다”고  전했다.   □  이번 발견에는 칠레 VLT(Very Large Telescope) 8.2미터 망원경에 장착된 3차원 광시야 분광관측기기 MUSE(Multi Unit Spectroscopic Explorer)를 사용했다.   이번 연구 논문은 천문학 분야 최상위급 학술지인 미국 천체물리학저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters) 5월 1일자에 실렸다.   그림 설명: 해파리 타원은하의 광학 이미지 위에 가스의 상대적 시선 속도를 색깔로 표현했다. 붉은 색의 영역은 지구로부터 멀어지고 있는 것이고 푸른색의 영역은 지구로 다가오는 영역이므로, 은하 내 가스 원반이 회전 운동을 하고 있다는 것을 알 수 있다. 흥미롭게도 밀려나가는 가스들이 그 회전 운동을 그대로 따르는 것을 볼 수 있다.   ○ 논문 - 제목: Discovery of Ram-pressure Stripped Gas around an Elliptical Galaxy in Abell 2670 - 게재지 : The Astrophysical Journal Letters, vol. 840, L7 - 논문 링크 : https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa6d79   ○ 관련 리뷰 및 해외 과학언론 매체 - 미국천문학회(American Astronomical Society) AAS Nova에 가장 주목할 만한 최신 논문으로 소개 : http://aasnova.org/2017/05/05/curious-case-of-a-stripped-elliptical-galaxy/ - Phys.org : https://phys.org/news/2017-04-jellyfish-shaped-galaxy-abell-cluster.html    - 내용 문의 - 광학천문본부 신윤경 박사(Tel :042-869-5837) 광학천문본부 김민진 박사(Tel :042-865-2108)
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외계행성 탐색시스템(KMTNet), 지구질량 외계행성 발견 - NASA 스피처(Spitzer) 우주망원경과 공동 관측 이미지
■   ‘제2의 지구’를 찾는 것은 현대 천문학계의 가장 큰 화두 중 하나다. 한국천문연구원(원장: 한인우)은 외계행성 탐색시스템(이하 KMTNet, Korea Microlensing Telescope Network)을 이용해 지구질량 외계행성을 발견했다. 이 외계행성은 지구와 비슷한 질량이며, 중심별로부터의 거리도 태양에서부터 지구까지의 거리와 비슷하다.   ■   이 연구에는 미국 항공우주국(NASA)에서 운영하는 스피처(Spitzer) 우주망원경도 함께 관측해 행성까지의 거리와 질량을 정밀하게 알아낼 수 있었다. 이번에 발견한 행성은 지난 2월 말에 발견된 트라피스트-1 (TRAPPIST-1) 행성계와 매우 유사하며, 이는 작고 차가운 별 주위에도 지구질량의 행성이 흔하다는 것을 의미한다.   □  외계행성은 태양계 밖 우주에 있는 다른 별(항성) 주위를 공전하는 행성을 말한다. 연구팀이 이번에 발견한 외계행성 (OGLE-2016-BLG-1195Lb)은 지구 질량의 1.43배로 지구로부터 약 13,000광년 떨어져 있다. 중심별은 태양 질량의 7.8% 밖에 되지 않는 매우 작고 차가운 별로, 외계행성은 이로부터 1.16AU※(약 1억 7천만km) 떨어진 거리에서 공전하고 있다. 중심별까지의 거리는 지구와 유사하지만, 중심별이 태양보다 차가워서 행성의 표면온도는 태양계 외곽의 명왕성보다 낮다. 따라서 생명체 존재 가능성이 희박한 얼음덩어리(Iceball) 행성으로 추정된다.        ※ 1AU = 지구와 태양사이의 평균 거리로 약 1억 5천만km   □  연구팀은 KMTNet 시스템을 이용해 우리은하 중심부 영역을 약 9분 간격으로 매우 조밀하게 모니터링 관측했고, 미시중력렌즈현상에 의한 약 2.5시간 동안 일시적으로 밝기가 변하는 현상을 검출했다. 이를 분석하여 외계행성 OGLE-2016-BLG-1195Lb의 존재를 발견했고, 행성의 질량과 지구로부터의 거리 등 자세한 물리적 특성을 알아내기 위해 NASA에서 운영하는 스피처(Spitzer) 적외선 우주망원경과 공동으로 관측했다.  이것은 두 눈으로 보면 물체의 거리를 판단할 수 있는 시차(視差) 원리로, 서로 멀리 떨어진 지상망원경과 우주망원경이 두 개의 눈처럼 관측하여 지구로부터 천체까지 거리를 알아낸 것이다.   □   연구팀에서 발견한 외계행성(OGLE-2016-BLG-1195Lb)은 지금까지 중력렌즈 방법으로 발견한 외계행성 56개 중 가장 작은 질량이다. 지난 2월 말에 발견된 트라피스트-1 지구형 외계행성들은 모두 중심별로부터 0.01∼0.06AU 이내의 매우 가까운 거리에 밀집해 있는 반면 이번에 발견한 외계행성은 중심별로부터 1.16AU의 상대적으로 먼 거리에 있는 것이 특징이다.   □  외계행성 탐색을 위해 연구팀이 활용한 중력렌즈 방법은 중심별과 행성이 1∼10AU의 적절한 거리만큼 떨어져 있을 때 검출 확률이 높은데 비해, 트라피스트-1 행성 발견에 사용된 별표면통과(Transit) 방법은 행성이 중심별에 가까이 있을 때 쉽게 검출된다. 이렇게 서로 다른 특징을 가진 외계행성 탐색 방법으로 물리적 특성이 비슷한 행성을 발견했다는 것은, 작고 차가운 별 주위를 공전하는 지구질량의 외계행성이 그만큼 흔하다는 것을 암시한다.   □  중력렌즈 방법으로 발견한 외계행성 중에서 우주망원경과 지상망원경이 함께 관측해 거리를 정확히 측정한 행성은 이번 행성을 포함해 모두 3개다. 이 행성들은 모두 우리은하의 원반(Disk)에서 발견된 것으로 우리은하의 중심부보다 원반 부분에 외계행성이 더 많이 존재하고 있다고 할 수 있다.   □   이번 발견은 천문학 분야 최상위급 학술지인 미국 천체물리학저널 레터(The Astrophysical Journal Letter)에 4월 26일자로 출판됐다.   □   논문의 4저자이자 한국천문연구원의 리더급 우수과학자인 앤드류 굴드(Andrew P. Gould) 박사는 “이 연구를 통해 지구와 같은 행성이 매우 다양한 환경에서 형성될 수 있음을 알 수 있다”고 전했다. 또한 이 논문의 5저자인 KMTNet 과제책임자 이충욱 박사는“천문연의  KMTNet은 향후 WFIRST와 같은 NASA 프로젝트와 협력연구를 계속 이어갈 예정이며, 외계행성 탐색 분야에 국제적인 선도 역할을 지속해 나갈 것이다”고 밝혔다.    □   한국천문연구원은 지난해 7월 KMTNet을 활용해서 목성형 외계행성을 연속으로 발견한 바 있다.        ※ 2016년 7월 28일자 관련 보도자료 링크:        https://www.kasi.re.kr/kor/publication/post/newsMaterial/5521?cPage=2       그림 1. 이번에 발견한 외계행성(OGLE-2016-BLG-1195Lb)과 태양계 행성, 트라피스트-1 행성계의 크기 및 거리를 요약한 그림. 이번에 발견한 외계행성은 지구 질량과 유사하며 태양과 지구의 거리만큼 중심별에서 떨어져 있다. 트라피스트-1 행성계는 이 보다 더 중심별에 가까운 0.01∼0.06AU 이내의 거리에 밀집해있다.  (각 행성계들의 거리는 같은 비율이지만 별들의 크기는 같은 비율이 아니다.)     그림 2. KMTNet 지상망원경과 스피처 우주망원경으로 공동 관측한 밝기 그래프. 좌측 하단 박스 안 노란색의 밝기 변화 곡선은 KMTNet의 관측 결과이고 하늘색의 곡선은 NASA 우주망원경 스피처의 관측결과다. 이러한 밝기 변화 그래프의 모양 변화를 분석해 거리를 측정한다.      그림 3. 지구 태양 사이의 거리와 새로 발견된 행성과  중심별 사이의 거리를 비교한 그림     그림 4. 이번에 발견한 외계행성 관측사진    [문의]   ☎ 042-865-3255, 광학천문본부 변광천체그룹 이충욱 책임연구원  ☎ 042-865-3252, 광학천문본부 변광천체그룹 김승리 그룹장  
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지구에서 알파 센타우리까지…우주여행 가능하게 하는 실마리를 풀다 - 초고속 우주선의 위험과, 보호를 위한 이론 제시 이미지
■ 지난해 4월 억만장자 유리 밀너와 물리학자 스티븐 호킹, 페이스북 공동설립자 마크 주커버그는 태양의 이웃 별인 알파 센타우리까지 우주선을 보내는 ‘스타샷 프로젝트’를 시작해 우주여행의 신호탄을 알렸다. 2020년을 목표로 많은 과학자들이 머리를 맞대고 있지만 아직 풀어야 할 난제가 많다.   ■ 한국천문연구원(원장:한인우, 이하 천문연)은 우주여행 시 우주선을 보호할 수 있는 이론을 제시했다. 천문연 티엠 황(Thiem Hoang) 박사 연구팀은 최근 논문에서 광속에 비교되는 초고속 우주선의 경우 미세한 원자의 충돌도 심각한 위험이 될 수 있다고 밝히며, 우주선을 보호하기 위한 구체적인 방법을 제안했다.   □  우주여행을 하는 우주선의 속도는 대단히 빨라야 한다. 티엠 황 박사팀은 스타샷 프로젝트에서 제시한 광속의 20% 속도 우주선의 경우, 우주공간에 있는 마이크론(micron, 1/1000 mm) 크기의 먼지입자나 무거운 원소의 원자들도 치명적인 위협이 될 수 있다는 것을 밝혔다.   □  우주공간이 고(高) 진공이기는 하지만 완벽한 진공이 아니라 먼지와 가스입자 등 성간물질이 존재한다. 성간가스는 주로 수소와 헬륨이 원자로 구성됐으며, 평균 1입방cm안에 한 개의 비율로 존재한다.    알파 센타우리까지의 수소나 헬륨 원자는 대략 1018개가량으로 계산됐으며 이 중에서 약 1.3% 정도는 수소나 헬륨 이외의 무거운 원소들이 분포돼있다. 먼지의 경우 대략 105개 정도로 추정된다.    ※ 천문학에서는 수소와 헬륨 이외의 원소는 무거운 원소로 분류한다.   □  연구팀은 우선 우주선의 경로에 존재하는 각 먼지입자 또는 원자가 충돌할 경우 발생되는 에너지를 계산했다. 입자들의 충돌 에너지는 우주선 표면의 한 지점을 고온으로 빠르게 가열하며 손상시킨다. 즉, 우주선의 위험은 우주선이 너무 빨리 이동하고 있다는 사실로 인해 발생하는 에너지 때문이다. 우주선의 속도가 빠르기 때문에 우주에 떠있는 원자 또는 먼지 티끌이 상대적인 충돌체로 간주된다.   □  연구팀은 먼저 알파 센타우리까지의 경로에 먼지입자와 가스 원자가 어떻게 분포되어 있는가를 분석했다. 이를 토대로 이들 입자들이 우주선 표면을 얼마나 손상시킬 수 있는지를 계산했다. 그 결과, 적은 분포라도 무거운 원소의 원자의 경우 우주선 표면을 0.1mm 깊이까지 손상시킬 수 있으며 우리 눈에 보이지 않는 작은 먼지입자에도 우주선의 표면은 1mm까지 서서히 침식되어 간다는 것을 밝혔다. 매우 드물기는 하지만 15마이크론(머리카락 굵기 정도) 이상의 먼지입자가 초소형 우주선에 충돌하면 우주선 전체가 파괴될 수 있다.(그림 1)   □  연구결과를 바탕으로 티엠 황 박사팀은 초소형 우주선을 보호하기 위한 방법들을 제안했다. 하나는 원통형이나 직육면체 등과 같이 우주선 진행 방향의 단면을 작게 만드는 것이다. 우주선의 표면적이 작을수록 우주 먼지로부터 피해를 덜 받게 된다. 두 번째 방법은 그래핀과 같이 녹는점이 높고 강한 소재로 얇은 차폐막을 이중으로 만들어 우주선을 보호하는 것이다.(그림 2) □  연구를 이끈 티엠 황 박사는 “이 연구는 광속으로 우주여행을 할 때 고려해야 할 사항을 천문학적인 관점으로 분석한 것”이라고 설명하며, “이러한 연구 결과가 가까운 미래 우주선을 설계하는 데 기여할 수 있기를 기대한다.”고 전했다. 본 연구는 천체물리학저널(The Astrophysical Journal) 3월 1일자에 게재됐다. 그림 1. 초소형 우주선이 고속으로 먼지입자와 충돌했을 때 예상되는 표면의 현상. 우주선이 상대적인 속도로 먼지입자에 닿으면 충돌 지점이 가열돼 증발하고 우주선 표면이 녹아 용융물이 되며 크레이터가 생성된다.     그림 2. 먼지로 인한 손상을 줄이기 위해 연구팀이 제안하는 우주선 디자인. 먼지와 충돌할 수 있는 우주선 진행 방향의 단면적을 줄일 수 있도록 설계하고, 1mm 정도 두께의 그래핀 소재로 차폐막을 만든다. 그 뒤 0.1mm 이하의 2차 차폐막은 추가 충돌을 대비할 수 있다.   [문의] ☎ 042-865-3343,  이론천문연구센터 Thiem Hoang 선임연구원 ☎ 042-865-2005, 글로벌협력실 이서구
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“아기별 원반에서 소용돌이 구조 최초 확인”,  ALMA로 관측 성공…사이언스지 게재 이미지
■ 인류 역사상 최대의 관측기기인 아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(이하 ALMA)를 이용해 아기별 원반에 형성된 소용돌이 형태의 나선팔 구조를 최초로 발견했다. 원반의 실제 나선팔을 확인함으로써 이곳에서 행성이 어떻게 형성되는가를 밝힐 수 있는 중요한 단서를 얻게 됐다. ■ 한국천문연구원(원장:한인우)은 권우진 박사(한국천문연구원 선임연구원·과학기술연합대학원대학교(UST) 천문우주과학전공 교수)가 속한 국제연구팀이 아기별 원반에 형성된 나선팔 구조를 최초로 발견했으며, 해당 논문이 사이언스지 9월 30일자에 게재됐다고 밝혔다.   □ 연구팀은 ALMA로 ‘Elias 2-27’이라는 아기별 원반을 관측해 중심으로부터 약 70AU에 형성된 저밀도 지역과 100~300AU 지역에 대칭적으로 뻗어 있는 나선팔 구조를 발견했다. (그림 참조) 이는 원반의 실질적인 물리적 성질을 보여주는 밀리미터 전파 관측으로는 최초의 발견이다. □ 이제까지 가시광선과 같은 짧은 파장의 관측에서 나선팔 구조가 발견된 사례들이 있다. 하지만 짧은 파장은 원반의 겉부분만 볼 수 있는 산란광으로 원반의 더 깊은 구조를 들여다 볼 수 없는 한계가 있었다. 이번 발견은 아기별 원반의 바깥 영역에서 이루어지는 행성 형성 과정을 연구하는 데 중요한 단서를 제공한다.   □ 별은 차갑고 밀도가 높은 분자구름에서 중력 수축으로 탄생한다. 중력 수축으로 막 탄생한 별을 아기별이라 하는데 아기별들은 가스와 먼지로 이루어진 원반을 가진다. 이 원반의 질량이 충분히 크면 중력 불안정으로 나선팔이 만들어지기도 하며, 이 공간에서 행성이 탄생한다. 먼지 입자들이 뭉쳐 생성된 아기 행성들과 원반의 상호작용에 의해서도  이러한 소용돌이 구조가 만들어진다.   □ 본 연구에 참여한 유일한 한국인 연구자인 권우진 박사는 “한국은 2013년부터 ALMA 사용이 가능하게 되어 이를 통해 구체적인 연구성과를 내고 있다”며 “앞으로는 이번에 발견한 나선팔 구조의 형성 과정을 밝히기 위한 추가 ALMA 관측을 수행할 예정이다”고 전했다.   □ 권 박사는 ALMA 관측 자료의 초기 분석 과정에서 나선팔 구조가 행성의 생성과 밀접한 연관이 있을 것이라 보고 논문의 핵심 부분을 제안하는 역할을 했다.      그림. ALMA로 관측한 ‘Elias 2-27’의 모습. 왼쪽 사진을 처리한 오른쪽 사진에서 나선팔 모양을 보다 잘 확인할 수 있다.   [참고 1]  용어 설명1. Elias 2-27: 지구로부터 거리가 450광년 떨어져 있는 Ophiuchus 별 탄생 지역에 위치하는 아기별로 태양 질량의 0.5배, 원반은 태양 질량의  0.1배 정도로 추정된다.  2. 아기별: 우주 공간의 먼지와 가스들이 모여 중력에 의한 수축을 시작한다. 이어 그 중심 에너지가 높아지면서 항성의 전신이 되는 아기별이 탄생한다. 수축 등에 의해 온도가 수백 만~수천 만℃까지 오르면 원자핵 반응이 시작되어 주계열의 별이 된다. 아기별에서 주계열의 항성까지 수백 만 년 정도가 걸린다. 3. 나선팔: 나선팔은 보통 나선은하의 원반에서 발견되는 것으로, 중앙 팽대부를 휘감아  소용돌이처럼 돌고 있는 팔모양의 부분을 일컫는다. 이번에 아기별 Elias 2-27에서 발견된 나선팔의 경우 관측된 골의 깊이, 나선팔의 대칭성 등을 한 가지 모델로 설명할 수 없다. 얕은 골의 깊이는 원반과 상호작용하는 질량이 작은 행성들의 존재를 추정케 하나 이는 대칭적으로 크게 형성되어 있는 나선팔 구조를 설명하지 못한다. 중력 불안정으로 설명하기에는 추정된 원반의 질량이 작고, 이렇게 형성된 나선팔은 유지시간이 약 1000년 정도로 짧다. 본 연구의 나선팔은 은하의 나선팔을 설명하는 밀도파와 같은 구조라 생각된다. 4. ALMA(아타카마 대형 밀리미터 및 서브밀리파 간섭계, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array): ALMA는 미국국립과학재단(NSF), 유럽남반구천문대(ESO), 일본자연과학연구기구(NINS)가 칠레 아타카마 사막에 건설하여 운영하는 국제적 천문관측장비다. 한국천문연구원은 2012년 일본국립천문대(NAOJ)와 ALMA 협력에 대한 협약을 맺고 2013년부터 사용이 가능하게 됐다. 2014년 8월에는 일본자연과학연구기구(NINS)와 ALMA 운영 및 개발에 관한 협약을 맺어 동아시아 ALMA 컨소시엄에 일본, 타이완에 이어 공식적으로 참여하고 있다.5. AU(Astronomical Unit): AU는 태양에서 지구까지 거리를 기준으로 재는 천문단위다. 1AU는 약 1.5*10^8km이다. 태양에서 목성까지 거리는 약 5.2AU이다.   [참고 2] 논문 및 연구자  - 게재지 : 사이언스지(Science Journals) 2016년 9월 30일자  - 제목 : Spiral density waves in a young protoplanetary disk - 저자 : Laura M. P&eae;rez, John M. Carpenter, Sean M. Andrews, Luca Ricci, Andrea Isella, Hendrik Linz, Anneila I. Sargent, David J. Wilner, Thomas Henning, Adam T. Deller, Claire J. Chandler, Cornelis P. Dullemond, Joseph Lazio, Karl M. Menten, Stuartt A. Corder, Shaye Storm, Leonardo Testi, Marco Tazzari, 권우진, Nuria Calvet, Jane S. Greaves, Robert J. Harris, Lee G. Mundy      
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무거운 별 탄생의 비밀 풀어줄 일산화규소 메이저원의 새로운 두 천체 발견, KVN으로 첫 검출, ALMA로 확인  이미지
■  우주에서는 수많은 별들이 탄생과 죽음을 반복하고 있다. 이 중 태양보다 10배 이상 무거운 별의 탄생은 가벼운 별의 탄생과 달리 멀고 두꺼운 분자구름 속에서 진행돼 관측이 더 어렵고 잘 알려져 있지 않다. 하지만 전파의 일종인 메이저를 관측하면 분자구름 깊숙이 파묻혀 있는 원시성(아기별) 가까이까지 볼 수 있어 그 초기 탄생과정을 연구하는 중요한 단서를 제공한다.  ■  한국천문연구원(원장:한인우) 조세형 연구위원 등은 한국우주전파관측망(이하 KVN)의 단일 망원경을 활용해 무거운 별이 탄생 과정에서 방출하는 메이저를 검출하고, 이를 아타카마 전파간섭계(이하 ALMA)로 확인했다고 밝혔다.   □  거대한 분자구름 핵에서 많은 물질을 분출하며 탄생하는 무거운 별 주변에는 일산화탄소(CO), 물(H2O), 일산화규소(SiO) 등 여러 분자들이 함께 존재한다. 이 중 물(H2O) 및 일산화규소(SiO)는 메이저를 방출하는데, 별이 탄생하는 영역에서 물(H2O) 메이저는 천 개 이상의 천체에서 많이 발견됐으나 일산화규소(SiO) 메이저는 지금까지 다섯 개 천체에서만 관측됐다. 연구팀이 이번에 관측한 일산화규소 메이저 방출원인 ‘G19.61-0.23’와 ‘G75.78+0.34’는 각각 여섯 번째와 일곱 번째 일산화규소 메이저 방출 천체로 확정됐다.   □  조세형 연구위원은 “일산화규소 메이저는 밀도 및 온도가 높은 영역의 무거운 원시성(아기별) 근처에서 나오고 있기 때문에, 다른 파장대의 관측으로는 알기 어려운 원시성 위치 및 활동성을 연구하는 데 중요한 단서를 제공한다”며 “KVN과 ALMA를 통해 계속적으로 별의 탄생 과정을 연구해나갈 계획이다”고 밝혔다.   □  한국천문연구원은 2013년부터 동아시아 지역 ALMA 컨소시엄의 파트너로 참여해왔다. 본 연구결과는 한국 천문학자가 주도한 ALMA 관측에 의한 첫 번째 논문 성과이며, 해당논문은  미국 천체물리학저널(The Astrophysical Journal of American Astronomical Society) 8월호에 게재됐다.     그림 1. KVN 단일 망원경을 사용해 두 무거운 별 탄생 영역(G19.61-0.23 및 G75.78+0.34)에서 발생하는 일산화규소(SiO) 메이저를 검출했다. 이는 청색 스펙트럼으로 확인할 수 있다. 붉은 선은 무거운 분자 핵의 중심속도를 나타낸다.     그림 2. G19.61-0.23 천체의 전파 영상. 왼쪽 그림은 ALMA로 관측한 86GHz 대역 전파의 영상. 밝게 보이는 A, B, C, D, E, F 성분으로 나타냈으며 이 중 B 성분이 SiO 메이저(흰색 등고선)와 겹쳐져 SiO 메이저 위치를 확인했다. 오른쪽 그림은 ALMA로 관측한 B 성분을 공간 분해능이 더 높은 JVLA의 43GHz 대역 전파로 관측한 결과다. B 성분은 남북의 두 구역으로 분리됐고 이 중 북쪽의 성분이 SiO 메이저(흰색 및 빨강 등고선)들과 연계됐다.      그림 3. G75.78+0.34에 대하여 ALMA로 관측한 86GHz 대역 전파 관측 영상에 SiO 메이저의 등고선(흰색)을 중첩시킨 영상. SiO 메이저가 가장 센 분자구름 핵(CORE)과 연계되어 있음을 볼 수 있다.   [참고 1]  용어 설명 1. 무거운 별 탄생영역 G19.61-0.23 및 G75.78+0.34 - G19.61-0.23 : 거리가 약 41,000광년 떨어진 거대 분자구름 내에 있는 별 탄생영역. 매우 뜨거운 고밀도 분자구름 핵들이 존재하며 이번 일산화규소 메이저가 발견된 곳 중 하나이다.- G75.78+0.34 : 거리가 약 18,000광년 떨어진 천체로 G19.61-0.23과 비슷한 특성을 갖는 천체다. 이곳 역시 이번 일산화규소 메이저가 발견된 강한 밀리미터 대역 연속파 전파원 중의 하나다 2. 메이저 메이저(MASER, microwave amplification by stimulated emission of radiation)는 레이저(LASER, light amplification by stimulated emission of radiation)와 파장영역이 다를 뿐 발생 원리가 동일하다. 일반적으로 분자나 원자의 전자는 안정된 상태에서 낮은 에너지 레벨에 더 많은 확률로 분포하고 있다. 그러나 외부의 자극에 의해 높은 에너지 레벨의 전자 분포가 낮은 에너지 레벨의 분포보다 많아지는 역전 현상이 일어날 수 있다. 역전 현상이 일어나면 이 매질을 통과하는 빛이나 전파의 세기가 통과하는 거리에 따라서 기하급수적으로 증폭된다. 이런 과정을 통해 생성된 전파는 특정한 주파수에서 매우 강한 간섭 효과가 나타나고, 이를 메이저라고 한다. 우주의 메이저는 주로 만기형 별과 별 탄생 영역, 그리고 활동성 은하에서 관측된다. 일산화규소(SiO), 물(H2O), 수산화기(OH), 메탄올(CH3OH) 등의 분자가 메이저를 발생한다. 3. KVN(한국우주전파관측망, Korean VLBI Network) 한국천문연구원이 운영하는 KVN은 서울 연세대, 울산 울산대, 제주 탐라대에 설치된 21m 전파망원경 3기로 구성된 VLBI(초장기선 전파간섭계, Very Long Baseline Interferometry) 관측망이다. VLBI는 수 백~수 천 킬로미터 떨어진 여러 대의 전파망원경으로 동시에 같은 천체를 관측해 전파망원경 사이의 거리에 해당하는 구경을 가진 거대한 망원경의 효과를 구현하는 관측 장비다. KVN은 3기를 연결한 간섭계로 뿐만 아니라 각각의 단일 망원경으로도 사용할 수 있다.     4. ALMA(아타카마 대형 밀리미터 및 서브밀리파 간섭계, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)ALMA는 미국국립과학재단(NSF), 유럽남반구천문대(ESO), 일본자연과학연구기구(NINS)가 칠레 아타카마 사막에 건설하여 운영하는 국제적 천문관측장비다. 한국천문연구원은 2012년 일본국립천문대(NAOJ)와 ALMA 협력에 대한 협약을 맺고 2013년부터 사용이 가능하게 됐다. 2014년 8월에는 일본자연과학연구기구(NINS)와 ALMA 운영 및 개발에 관한 협약을 맺어 동아시아 ALMA 컨소시엄에 일본 타이완에 이어 공식적으로 참여하고 있다. 5. JVLA(Jansky Very Large Array) 미국 뉴멕시코 주 소코로에 25m 전파망원경 27기로 구성된 cm 및 mm 대역의 전파간섭계. 우주전파를 처음 발견한 Karl Jansky 박사를 기념해 JVLA로 명명하였으며 북반구에서는 가장 큰 전파간섭계이다. [참고 2] 연구그룹 및 논문 ○ 논문   - 게재지 : 미국천체물리학저널(The Astrophysical Journal of American Astronomical Society)   - 제목 : Two New SiO Maser Sources in High-Mass Star Forming Regions   - 저자 : 조세형, 윤영주, 김재헌, Lie Tie, 김기태, 최민호 - 게재일자 : 2016년 8월 1일 ○ 연구팀  - 조세형(한국천문연구원 전파천문연구본부 책임연구원)  - 윤영주(한국천문연구원 전파천문연구본부 선임연구원)  - 김재헌(한국천문연구원 전파천문연구본부 박사후 연수원  - Liu Tie(한국천문연구원 전파천문연구본부 펠로우쉽 박사후연수원)  - 김기태(한국천문연구원 전파천문연구본부 선임연구원)- 최민호(한국천문연구원 전파천문연구본부 책임연구원)   [자료문의] ☎ 042-869-5832,  전파천문본부 전파천문연구그룹 조세형 연구위원
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'제2의 지구' 찾는 외계행성탐색시스템(KMTNet), 외계행성 2개 연속 발견 - 탐색시스템 이용한 첫 번째 성과 획득 및 연구 본격 시동 이미지
■  생명체 존재 가능성이 있는 외계행성을 찾는 것은 현대 천문학계의 가장 중요한 화두 중 하나다. 한국천문연구원(원장:한인우)은 외계행성탐색시스템(이하 KMTNet)을 이용해 최근 2개의 외계행성을 연속으로 발견했다. 이는 지난해 10월부터 가동한 KMTNet의 첫 번째 성과이며, 앞으로 탐색연구가 본격화될 전망이다.   □  외계행성은 태양계 밖 우주에 있는 다른 별(항성) 주위를 공전하는 행성을 말한다. 연구팀이 이번에 발견한 첫 번째 외계행성(OGLE-2015-BLG-0954Lb)은 목성 질량의 4배 정도 되는 행성으로 지구로부터 2,000광년 떨어져 있으며, 중력렌즈 현상을 통해 발견한 외계행성 중에서는 태양계로부터 매우 가까운 곳에 위치하고 있다. 연구팀은 목성 질량의 0.7배 되는 외계행성(OGLE-2015-BLG-0051Lb)도 연달아 발견했다. 이 외계행성은 지구로부터 약 27,000광년 떨어진 거리에 있다. 첫 번째 외계행성 발견 결과는 한국천문학회지(Journal of The Korean Astronomical Society)에 게재됐으며, 두 번째 외계행성 발견 결과는 천문학 분야 최상위급 학술지인 미국 천체물리학저널(The Astrophysical Journal)에 게재 승인됐다.    그림 1. 이번 외계행성 발견 시 나타난 중력렌즈 현상. 연구관측자가 영상의 중심에 있는 별(녹색 원)을 관측하고 있을 때, 별과 관측자 사이에 보이지 않는 외계행성이 지나가게 되면, 관측자에게 도달하지 않던 빛이 외계행성의 중력에 의해 휘어져서 관측하고 있던 별의 밝기가 원래의 밝기보다 밝아지는 현상이 나타난다. 이를 분석해 외계행성의 정보를 알 수 있다.   □  첫 번째 행성은 표면온도 약 3,000도의 모성으로부터 1.2AU(태양과 지구거리의 1.2배) 떨어져 있으며, 두 번째 행성은 표면온도 약 2,300도의 모성에서 0.73AU 정도 떨어져 있다. 발견된 두 행성과 모성 사이의 거리는 태양-지구간의 거리와 비슷하지만, 모성의 온도가 태양의 온도인 5,500도보다 낮아서 행성에 도달하는 빛이 약하다. 모성에서 방출되는 복사에너지에 의한 행성의 온도는 각각 영하 190도와 영하 220도 정도로 매우 춥기 때문에, 2개 행성 모두 생명체가 존재할 가능성은 희박한 것으로 보고 있다.   그림 2. KMTNet으로 발견한 외계행성계의 우리은하 내 위치      그림 3. 태양계 행성과 두 외계행성의 크기 및 모성과의 거리 비교   □  지난해 10월부터 가동해 이번에 첫 성과를 낸 KMTNet은 지구형 외계행성을 포함한 다수 외계행성을 찾기 위해 한국천문연구원이 구축했다. KMTNet은 직경 1.6m 크기의 거울을 장착한 광시야 망원경과 3.4억 화소의 초대형 모자이크 CCD 카메라로 구성된 관측시스템이다. 칠레, 남아프리카공화국, 호주 등 남반구 3개 국가 관측소에 설치돼 우리은하 중심부를 24시간 연속 관측하는‘별이 지지 않는 관측소’로 운영하고 있다.   □  이번 외계행성 발견은 관측자로부터 서로 다른 거리에 있는 두 개의 별이 시선방향에 정확히 일직선으로 놓일 때 발생하는 미시중력렌즈(microlensing) 현상을 이용했다. 만일 렌즈작용을 하는 별에 행성이 있으면 추가적인 밝기 변화가 일어나며, 이를 분석해서 행성의 존재 및  그와 관련한 여러 물리량을 산출할 수 있다. 이렇게 중력렌즈 현상을 통한 탐색방법은 다른 탐색 방법으로는 발견이 어려운 떠돌이 행성(별에 중력으로 묶여있지 않은 나홀로 행성)의 발견이 가능하다.   □  2004년에 중력렌즈 현상을 이용한 탐색으로 처음 외계행성이 발견된 이후, 현재까지 총 49개의 행성이 이 방법으로 발견됐다. 광학천문본부  변광천체그룹 김승리 책임연구원은“KMTNet의 특성을 이용한 시뮬레이션 연구결과에 의하면 매년 100여 개의 외계행성을 발견할 수 있을 것으로 예측한다”며 “이번에 발견한 2개의 외계행성을 시작으로 매년 다수의 행성을 발견할 것으로 예상하며, 이를 기초로 외계행성 탐색 분야의 국제적 선도 역할을 수행할 수 있을 것이다”고 밝혔다.      [참고 1]  용어 설명   ○ 외계행성탐색시스템 (KMTNet; Korea Microlensing Telescope Network)한국천문연구원이 운영하는 외계행성탐색시스템은 지구와 비슷한 환경을 가지고 있어서 생명체가 존재할 가능성이 있는 외계행성을 찾기 위해, 지난 2014년 5월부터 2015년 5월까지 남반구 칠레 CTIO(Cerro Tololo Inter-American Observatory), 남아공 SAAO(South African Astronomical Observatory), 호주 SSO(Siding Spring Observatory) 천문대에 설치한 관측시스템이다. 중력렌즈 현상을 이용한 외계행성 탐색에 최적화된 시스템으로, 수개월간의 시험관측을 거쳐 2015년 10월 2일 본격 가동을 시작했다. 남반구 3개 천문대는 경도 상으로 약 8시간 정도 차이가 나므로, 칠레 관측소에서 관측이 끝나갈 즈음에는 호주에서 관측이 시작되고, 호주 관측이 끝날 때면 남아공 관측소에서 이어서 관측이 진행되므로 24시간 연속 관측이 가능한 세계 최초의 외계행성탐색시스템이다. ※ 외계행성 탐색시스템 홈페이지 : http://kmtnet.kasi.re.kr/kmtnet/   ○ 중력렌즈 현상 어떤 별을 관측하고 있을 때, 별과 관측자 사이에 보이지 않는 천체(별 혹은 행성)가 지나가게 되면, 관측자에게 도달하지 않던 빛이 보이지 않는 천체의 중력에 의해 휘어져서 관측하고 있던 별의 밝기가 원래의 밝기보다 밝아지는 현상을 말한다. 중간에 놓인 별이 행성을 가지고 있는 외계 행성계인 경우, 그림 5의 그래프와 같이 추가적인 밝기 변화가 일어나며, 이를 분석해서 행성의 물리량을 산출할 수 있다. 중력렌즈 현상을 이용한 탐색방법은 다른 방법에 비해 훨씬 적은 경비가 드는 지상관측을 통해서도 지구와 같이 작은 질량을 가진 행성들을 검출할 수 있다는 장점을 가지고 있다.   ○ 외계행성 OGLE-2015-BLG-0954Lb과 OGLE-2015-BLG-0051Lb 현재(2016.7.27.)까지 발견된 외계행성의 총 수는 3,476개이고, 이 중 중력렌즈 방법으로 발견된 외계행성 수는 총 49개이다. 이 중 2개(4%)가 KMTNet이 발견한 외계행성이다. 이번에 발견한 첫 번째 외계행성(OGLE-2015-BLG-0954Lb)은 목성 질량의 약 4배(3.9±1.4 MJupiter)되는 행성으로 태양 질량의 0.3배(0.33±0.12M⊙)인 차가운 별로부터 약 1.2AU의 거리에 있는 것으로 분석됐다. 이 외계행성은 지구로부터 약 2,000광년 떨어져 있으며, 이제까지 중력렌즈 현상을 이용해 발견한 외계행성 중에서는 태양계로부터 두 번째로 가까운 곳에 위치하고 있다. 두 번째 외계행성(OGLE-2015-BLG-0051Lb)은 목성 질량의 0.7배이며 지구로부터 약 27,000 광년의 거리에 있다. 첫 번째 행성은 표면온도 약 3,000도의 모성으로부터 약 1.2AU(약 1.8×108km) 떨어져 있으며, 두 번째 행성은 표면온도 약 2,300도의 모성에서 약 0.73AU(1.1×108km)의 거리에 있다. 발견된 두 행성과 모성 사이의 거리는 태양-지구간의 거리와 비슷하지만, 모성의 온도가 태양의 온도보다 낮아서 행성에 도달되는 빛이 약하다. 모성에서 방출되는 복사에너지에 의한 행성의 온도는 각각 영하 190도와 영하 220도 정도로 매우 춥기 때문에, 2개 행성 모두 생명체가 존재하기는 어려울 것으로 추정된다.   ○ AU와 밀리각초 AU(Astronomical Unit)는 태양에서 지구까지 거리를 기준으로 재는 천문단위다. 1AU는 약 1.5×108km이다. 태양에서 목성까지 거리는 약 5.2AU이다.밀리각초(milliarcsecond)는 각을 재는 초의 1000분의 1 단위다. 천문학에서는 멀리 떨어진 천체 사이 거리나 크기를 실제로 재기 어려우므로 일반적으로 각으로 나타낸다.     [참고 2] 논문 및 연구팀   ○ 논문  - A SUPER-JUPITER MICROLENS PLANET CHARACTERIZED BY HIGH-CADENCE KMTNET MICROLENSING SURVEY OBSERVATIONS     한국천문학회지 6월호 (신인구 외)  - OGLE-2015-BLG-0051/KMT-2015-BLG-0048Lb: A GIANT PLANET ORBITING A LOW-MASS BULGE STAR DISCOVERED BY HIGH-CADENCE MICROLENSING SURVEYS    미국천체물리학회지 7월 게재 승인(한정호 외)  - Optimal Survey Strategies and Predicted Planet Yields for the Korean Microlensing Telescope Network    미국천체물리학회지 2014년 10월 출판(Henderson 외) ○ 미시중력렌즈연구그룹   - 류윤현, 정선주, 앤드류 굴드(Andrew Gould), 박병곤, 김승리, 이충욱, 차상목, 이용   석, 김동진(한국천문연구원)   - 신인구, 정연길(하바드 스미스니언 천체물리학센터)   - 한정호(충북대학교)    [문의]   ☎ 042-865-3255, 광학천문본부 변광천체그룹 이충욱 책임연구원      
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“은하도 1+1을 좋아한다!”, 왜소은하에서 은하 병합의 증거 발견 이미지
  ■ 거대은하는 왜소은하들이 합쳐져 몸집을 키워 만들어졌다고 알려져 있다. 거대은하의 기본재료로 알려진 이 왜소은하 역시 또 다른 은하들이 합쳐져 만들어졌다는 새로운 증거가 발견됐다.    ■ 한국천문연구원(원장:한인우)과 과학기술연합대학원대학교(UST, 총장:문길주)는 왜소은하 중 하나인 U141(MCG+08-22-082) 은하에서 두 개의 핵과 상자 모양의 빛 분포 등 은하 병합의 증거를 찾았다. 이는 왜소은하가 단순히 거대은하를 형성하는 기본재료가 아닐 수 있으며, 왜소은하를 형성하는 또 다른 기본재료가 있을 수 있음을 암시한다.   □ 왜소은하는 우리은하나 안드로메다 은하 같은 거대은하보다 질량과 크기가 훨씬 작은 은하이다. 큰 은하가 왜소은하들을 잡아먹거나 또는 왜소은하들끼리 병합해 몸집이 크고 무거워지면서 거대은하가 만들어진다고 여겨진다. 따라서 왜소은하는 은하를 형성하는 기본 토대인 ‘은하 형성 재료(building block)’로 불린다.   □ 한국천문연구원 은하진화그룹 연구팀은 큰곰자리 은하단(Ursa Major cluster of galaxies)에 속하는 U141(MCG+08-22-082) 은하가 태양 질량의 4억 배 정도 되는 왜소은하임을 알아냈다. 거대은하 중 하나인 우리은하의 질량은 태양질량의 수천억 배인 반면, 왜소은하의 질량은 보통 태양의 10억 배 정도이다.   □ 연구팀은 U141 은하 연구를 통해 은하 병합의 증거를 찾아냈다. 이 왜소은하에서 핵이 두 개이고, 은하의 전체 모양이 원이나 타원이 아닌 상자 모양이며, 중심부 빛이 푸른색을 띄어 새로 형성된 별의 흔적을 발견한 것이다. 이 같은 특징들은 은하 병합의 일반적인 증거로 꼽힌다. U141 은하는 큰곰자리 은하단 내에서 은하가 별로 없는 지역에 비교적 고립돼 있음에도 불구하고 은하 병합의 증거를 보이고 있다. 이는 U141 은하의 은하 형성 재료가 왜소은하보다 훨씬 작은 규모이거나 또는 왜소은하 사이에도 작은 것부터 큰 것까지 진화 경로가 존재한다는 가능성을 제시한다.      [그림 1] U141 왜소은하의 모습. 은하 병합의 특징 중 세 가지를 확인할 수 있다. (왼쪽 사진) 두 개의 핵, (가운데) 은하 빛의 분포가 원이나 타원이 아닌 상자 모양, (오른쪽) 은하 중심부의 색이 푸른색(푸른색은 젊은 별을 의미하므로, 새로운 병합과 같은 큰 격변을 거쳤음을 유추할 수 있음)     [그림 2] U141 은하와 그 주변 은하의 공간 분포. 주변에 다른 은하가 없이 고립돼 있는 것을 확인할 수 있다. 다른 거대은하의 영향 없이 독자적으로 생성됐음을 유추할 수 있다.    ■ 이번 연구는 한국천문연구원 은화진화그룹 소속이며 동시에 UST 천문주우과학전공 박사과정에 재학 중인 박민아 학생과 은화진화그룹 소속 산자야 파우델(Sanjaya Paudel), 이영대, 김상철 박사 등에 의해 이루어졌다.  해당 논문은 천문학 분야 최상위급 학술지인 미국 천문학회 천문학저널(The Astronomical Journal)에 게재됐다. 더불어 AAS(American Astronomical Society) Nova에 최근 논문 중 가장 주목할 만한 논문(http://aasnova.org/category/journals-digest)으로 소개되기도 했다.     [참고자료 1] 연구팀 및 논문   ○ 연구팀 - 박민아(한국천문연구원 은하진화그룹 및 과학기술연합대학원대학교(UST) 천문우주과학전공 박사과정 4학기, 지도교수: 김상철) : 제1저자 - Sanjaya Paudel(한국천문연구원 은하진화그룹 박사후연구원) - 이영대(한국천문연구원 은하진화그룹 및 충남대학교 천문우주과학과 박사과정, 8월 졸업 예정)- 김상철(한국천문연구원 은하진화그룹 선임연구원 및 과학기술연합대학원대학교(UST) 천문우주과학전공 부교수) : 교신저자   ○ 논문 - The Astronomical Journal, vol. 151, No. 6, p. 141 (8pp) “MCG+08-22-082: A double core and boxy appearance dwarf lenticular galaxy suspected to be a merger remnant” Pak et al. http://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-6256/151/6/141/meta;jsessionid=F4A46842240CBC92EFEF107743B33B87.c4.iopscience.cld.iop.org http://arxiv.org/abs/1603.03595   [참고자료 2]  용어 설명  ○ 왜소은하수십억 개까지의 별로 구성된 작은 은하이다. 2,000억에서 4,000억 개로 추정되는 우리은하의 구성원 수에 비하면 적은 수의 별을 가지고 있다. 왜소은하의 형성과 활동은 큰 은하와의 상호작용에 영향을 많이 받는 것으로 추정되고 있다.   ○ 은하 병합은하가 충돌하여 두 개 이상의 은하가 합쳐지는 현상. 은하 간 상호작용의 가장 격변적인 유형이다.   ○ AAS Nova미국 천문학회(AAS)에서 발간하는 4개의 SCI 저널에 발표된 최신 논문 중에서 특별히 흥미롭고 파급력이 큰 연구결과를 선정, 소개하는 온라인 매체다.   [문의] ☎ 042-865-3246, 광학천문본부 은하진화그룹 김상철 선임연구원
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