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한국 연구팀, 우주 거리 재는 새 ‘표준촛불’ 개발

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[서울신문 나우뉴스]

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이번 연구의 대상인 활동은하핵 3C 84를 포함하고 있는 은하 NGC 1275. 연구진은 3C 84에서 분출되는 제트의 크기를 계산해 광원까지의 거리를 측정하는 방법을 제시했다. (출처;천문연)

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우주 거리 사다리. 우주를 이해하는 첫걸음은 거리를 측정하는 것이다. 오랜 동안 수많은 천문학자들의 땀과 노력으로 우주거리 사다리를 만들어 현재 우주의 크기를 알아내는 데 성공했다. (출처:천문연)

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-초대질량 블랙홀의 강력한 불꽃을 이용해 전 우주적 거리 측정

​한국 연구진이 우주의 끝까지 밝힐 수 있는 거리 측정법을 개발했다.

우주에서 은하 간의 거리를 측정하는 방법으로 흔히 '표준촛불(standard candle)'을 사용하는데, 이는 고유 밝기를 알고 있는 천체를 이용해 대상 천체의 밝기와 비교함으로써 거리를 측정하는 기법이다.

이번 국내 연구팀이 개발한 새로운 표준촛불은 페르세우스자리 A 은하 중심의 블랙홀에서 뿜어져 나오는 빛을 이용하여 천문학에서 가장 먼 우주 거리를 측정하는 지표로 제시했다는 데 큰 의미가 있다. 연구진은 이 새로운 표준촛불이 우주의 끝을 밝힐 수 있는 강력한 열쇠가 될 것이라고 전망했다.

지금까지 밝혀진 가장 먼 우주 거리를 측정할 수 있는 표준촛불은 Ia형(일에이형) 초신성이다. 그러나 100억 광년이 넘는 거리의 은하에서는 밝기의 한계로 Ia형 초신성이 관측되지 않는다. 이는 현재 크기가 940억 광년에 이르는 우리 우주를 측정하기에는 역부족일 수밖에 없다.

한국천문연구원 제프리 호지슨 박사와 이상성 박사가 이끄는 국제연구팀은 우주에서 가장 밝은 천체 중 하나인 활동은하핵(AGN, Active Galactic Nuclei) ‘3C 84’를 관측한 미국의 초장기선간섭계(VLBA, Very Long Baseline Array) 자료를 활용해 새로운 표준촛불 후보 검증에 성공했다고 22일 밝혔다.

우주에는 먼 거리에서 밝은 천체들이 존재하며, 그 중 하나가 활동은하핵이다. 이는 다양한 파장에서 대량의 에너지를 방출하는 특별한 활동성이 보이는 은하의 중심 영역을 말하는데, 태양 질량의 백만 배에서 수십억 배 질량에 이르는 초대질량 블랙홀이 존재한다고 알려져 있다.

초대질량 블랙홀이 주변 물질을 빨아들이고 그 과정에서 강착원반을 형성하며, 그 중심에서 원반의 수직 방향으로 물질을 내뿜는 제트가 형성된다. 이 제트는 빛의 속도에 가깝게 빠르게 분출되며 아주 강한 복사 에너지를 방출한다.

연구진은 페르세우스자리 A 은하 중심에 있는 활동은하핵 ‘3C 84’의 제트가 일부 영역에서 변광 특성을 보이며 광도가 146일 주기 동안 약 2.7배 정도 증가하는 것을 밝혀냈다.

활동은하핵 제트가 빛의 속도로 변광 주기 동안 이동한 거리를 광원의 크기 즉, 제트의 실제 크기라고 가정하고, 이를 고해상도 전파 관측이 가능한 미국 VLBA의 영상지도를 통해 얻은 각크기와 비교함으로써 활동은하핵 ‘3C 84’제트까지 거리는 2억 2천만에서 2억 5천만 광년임을 알아냈다.

이 결과는 같은 은하 내의 표준촛불 Ia형 초신성 관측을 통해 산출한 2억~2억 7천만 광년과 비슷한 값이다. 이는 활동은하핵을 활용한 거리측정 방법이 새로운 표준촛불 후보로서 유력하다는 것을 의미한다.

이번 연구를 이끈 한국천문연구원 전파천문본부 제프리 호지슨 박사는 “본 연구에서 검증한 새로운 표준촛불 후보는 천문학에서 가장 먼 거리를 측정할 수 있게 하는 중요한 지표가 될 것”이라고 전망했다.

이상성 박사는 “앞으로 수행할 연구에서는 한국천문연구원에서 운영하는 초장기선간섭계인 한국우주전파관측망(KVN, Korea VLBI Network)을 활용해 더 먼 우주에 존재하는 은하까지의 거리측정에 도전할 것”이라고 밝히면서 “이는 우주론 모형을 검증할 수 있는 새로운 열쇠가 되어 우주의 끝을 밝힐 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

연구진은 앞으로 더욱 먼 활동은하핵까지의 거리를 측정하고 표준촛불로서의 활용 가능성을 검증해나갈 예정이다. 또한, 후속 연구를 위해 한국천문연구원에서 운영하는 KVN을 호주, 스페인, 이탈리아 등의 전파망원경들과 연계해 미국의 VLBA를 능가하는 고해상도 국제 전파관측망을 구축할 계획이다.

이번 연구논문은 영국 '왕립천문학회지' 최신호에 게재됐다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com



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