참세상

트리피드 성운(위)과 라구나 성운은 지구로부터 수천 광년 떨어진 가스와 먼지로 이루어진 구름으로, 우리은하인 은하수에서 별이 탄생하는 ‘항성의 요람’이다. 최근 공개된 루빈 망원경의 첫 이미지는 이 망원경이 앞으로 얼마나 많은 발견을 끌어낼 수 있을지를 보여주는 단적인 예다. 출처: NSF–DOE 베라 C. 루빈 관측소(Vera C. Rubin Observatory)

우주 탐사의 새로운 시대가 열리고 있다. 칠레에 있는 베라 C. 루빈 관측소(Vera C. Rubin Observatory)는 우주를 전례 없는 정밀도로 관측함으로써 천문학의 판도를 바꾸게 될 것이다. 이 관측소는 지금까지 인간의 손이 닿지 않았던 우주의 비밀을 드러낼 준비를 마쳤다. 여기에서는 루빈 망원경이 포착한 첫 이미지와 그 이미지들이 벌써 우리에게 무엇을 말해주고 있는지를 살펴본다.

이 이미지들은 루빈이 지닌 전례 없는 잠재력을 생생하게 보여주며, 천문학과 우주에 대한 우리의 이해를 어떻게 혁신할지를 암시하고 있다. 루빈은 탁월한 감도, 넓은 하늘 범위의 관측 능력, 뛰어난 영상 품질이라는 고유한 조합 덕분에 진정으로 전환점을 이끄는 관측소가 되었다.

이번에 공개된 첫 이미지는 이 세 가지 특성을 극적으로 입증했다. 이 이미지들은 밝은 천체들을 정교하게 포착했을 뿐 아니라, 매우 넓은 하늘 영역에 걸쳐 가까이 있는 희미한 구조와 먼 거리의 구조들까지도 선명하게 보여주었다.

성간의 요람: 세밀하게 담아낸 성운들

이 기사 서두에 나온 분홍색과 푸른색의 인상적인 구름은 라구나 성운(Laguna Nebula, 왼쪽 아래)과 트리피드 성운(Trifid Nebula, 오른쪽 위)이다. '성운(星雲)'이라는 말은 라틴어로 ‘구름’을 의미하며, 이 거대한 성운들은 실제로도 어마어마한 크기를 자랑한다. 빛이 이 구름을 통과하는 데만 수십 년이 걸릴 정도다. 이들은 별과 행성의 다음 세대가 태어나는 ‘항성의 요람’으로, 우리은하인 은하수(Milky Way)의 탄생지를 구성하고 있다.

성운 내에서 태어난 젊고 뜨거운 별들이 방출하는 강한 복사 에너지가 가스 입자들을 들뜨게 하면서 이들이 분홍빛으로 빛나게 만든다. 이처럼 별이 태어나는 영역에서 조금 떨어진 곳에는 더 차가운 지역이 있다. 이곳은 미세한 먼지 입자로 이루어져 있으며, 별빛을 산란시켜 푸른빛을 띠게 만든다. 이는 지구 대기에서 하늘이 파랗게 보이는 원리와 유사하다. 이 성운 내부의 어두운 필라멘트 구조는 훨씬 더 밀도가 높은 먼지 영역으로, 가장 밝은 배경 별을 제외한 모든 별빛을 가려버린다.

이러한 색을 감지하기 위해 천문학자들은 망원경에 설치된 필터를 활용한다. 필터는 특정 파장의 빛만을 검출기로 통과시켜 별과 가스의 특성을 분석할 수 있도록 돕는다. 루빈 망원경은 총 여섯 개의 필터를 갖추고 있으며, 이는 자외선(UV)의 짧은 파장에서부터 가시광선 영역을 거쳐 근적외선의 긴 파장까지를 포함한다. 이처럼 다양한 필터로부터 얻은 데이터를 결합하면, 천체의 온도나 크기 같은 물리적 특성을 정밀하게 측정할 수 있다.

루빈이 지닌 속도—하나의 필터로 이미지를 촬영한 후, 빠르게 다음 필터로 전환하는 능력—와 한 번에 넓은 하늘 영역을 관측할 수 있는 시야는 그 자체로 매우 독보적이고 흥미롭다. 희미하고 정교한 구조까지도 드러나는 이 해상도 덕분에 우리는 그 어느 때보다 정밀하게 은하수의 위성 은하 및 세부 구조를 지도화할 수 있게 될 것이다.

수십억 광년 너머의 은하들을 지도화하다

이 이미지는 NSF–DOE 베라 C. 루빈 관측소(Vera C. Rubin Observatory)가 촬영한 처녀자리 은하단(Virgo Cluster)의 시야 중 일부를 담고 있으며, 우주의 다양성을 생생하게 보여주는 한 단면을 포착하고 있다. 출처: NSF–DOE 베라 C. 루빈 관측소

은하를 담은 이번 이미지들은 루빈 관측소가 우리 은하계를 넘어 우주를 어떤 규모로 지도화할지를 인상적으로 보여준다. 이미지 오른쪽 아래에 보이는 두 개의 밝은 나선은하를 비롯해, 여기에서 확인할 수 있는 거대 은하들은 모두 처녀자리 은하단(Virgo Cluster)에 속한다. 이 거대한 구조는 1,000개 이상의 은하로 이루어져 있으며, 각각 수십억에서 수조 개의 별을 품고 있다.

이 이미지는 우리 우주에 존재하는 은하들의 형태, 크기, 색상의 놀라운 다양성을 루빈 관측소의 뛰어난 컬러 감도로 아름답게 보여준다. 은하 내부에 보이는 밝은 점들은 별이 새로 태어나는 영역이다. 이들은 우리은하의 라구나 성운이나 트리피드 성운처럼 별이 태어나는 장소이지만, 이번에는 수백만 광년 떨어진 곳에 있다.

이 정지 이미지는 루빈 망원경이 한 번에 촬영할 수 있는 전체 시야의 단 2%만을 담고 있다. 그러나 이 한 장의 이미지 안에도 이미 수많은 천체가 빼곡히 들어차 있다. 전체 이미지는 약 1천만 개의 은하를 포함하며, 모든 세부를 다 보려면 수백 대의 초고해상도 TV 화면이 필요하다. 루빈은 향후 10년에 걸친 관측을 통해 약 200억 개에 달하는 은하의 물리적 특성, 색상, 하늘에서의 위치를 기록하게 될 것이며, 이는 우주에서 가장 미스터리한 구성 요소인 암흑물질과 암흑에너지에 대한 정보도 함께 제공하게 된다. 암흑물질은 우주 전체 물질의 대부분을 차지하지만, 빛을 방출하거나 반사하지 않으며, 암흑에너지는 우주가 가속 팽창하는 원인으로 추정되고 있다.

영국의 역할

이처럼 방대한 데이터를 처리하려면 전혀 새로운 차원의 데이터 처리 역량이 필요하다. 이 데이터를 통해 새로운 과학적 발견을 끌어내기 위해서는 대규모의 협력적 연구가 필수적이며, 영국과 브라질의 천문학계가 이 과정에서 중요한 역할을 맡고 있다. 영국은 루빈 관측소가 수집할 약 150만 개의 이미지를 처리할 예정이며, 전 세계 연구자들이 루빈의 방대한 데이터에 접근할 수 있도록 지원하는 세 개의 국제 데이터 접근 허브 중 하나를 호스팅하고 있다. 사우샘프턴 대학교에서는 루빈 프로젝트의 핵심 소프트웨어 개발 중 두 가지를 주도하고 있다.

첫 번째는 루빈의 이미지와 더 긴 파장의 적외선 데이터를 결합할 수 있도록 하는 기능이다. 이는 루빈이 볼 수 있는 색 영역을 확장해 별과 은하의 특성에 대한 더 풍부한 정보를 제공하게 한다. 두 번째는 루빈 관측 데이터를 칠레의 비스타 망원경(VISTA)에 곧 설치될 신형 관측 장비인 4MOST와 연동시키는 소프트웨어다.

4MOST의 주요 역할 중 하나는 루빈이 발견한 ‘급변 천체’—하늘에서 갑작스럽게 밝아지거나 변하는 천체—를 추적하고 분류하는 것이다. 이 급변 천체의 대표적인 예로는 초신성 폭발이 있다. 우리는 이 프로젝트를 통해 단 2년 만에 과거에 관측된 것보다 더 많은 초신성 폭발을 기록할 것으로 기대한다. 이러한 루빈 프로젝트에 대한 우리의 기여는 별과 은하가 어떻게 태어나고 죽는지를 이해하는 데 있어 완전히 새로운 지평을 열게 할 것이며, 우주의 거대한 순환 과정을 전례 없는 시선으로 포착하게 할 것이다.

루빈 관측소는 단지 또 하나의 망원경이 아니라, 우주를 바라보는 전혀 새로운 '눈'이다. 이 망원경은 우주를 지금까지 그 어떤 관측 장비보다 정밀하게 드러내고 있다. 앞으로 수많은 과학적 발견이 우리를 기다리고 있지만, 그중 가장 흥미로운 것은 아직 우리가 상상조차 하지 못한 우주의 숨겨진 비밀일 것이다. 루빈이 촬영한 첫 이미지는 우주의 광대함을 극적으로 증명했다. 이 우주의 타임랩스 필름이 펼쳐지기 시작하면서, 우리는 과연 이 방대한 코스모스 데이터 속에서 어떤 것을 발견하게 될까?

[출처]Primeiras imagens do Observatório Vera Rubin mostram seu potencial de revolucionar como vemos o Universo

[번역] 하주영