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국가과학기술연구회 소관 25개 정부출연연구기관에서 전해드리는 소식입니다.

날짜 2019.05.13 KASI

[한국천문연구원]

별 생성 영역의 고해상도 영상 관측

- 우리은하 가장자리 거대 별 생성 영역 ‘CTB 102’ 관측

- 대덕전파천문대, 이전 대비 분해능 10배 향상 


■ 한국천문연구원은 우리 은하 내 무거운 별 생성 영역  'CTB 102’의 고해상도 영상 관측에 처음 성공했다.

  ※ CTB : 1960년대 캘리포니아 공과대학(Caltech)에서 수행한 전파관측목록(참고자료 참조)


□ 연구진은 대덕전파천문대 13.7m 전파망원경을 통해 우리은하 가장자리에서 ‘CTB 102’라고 불리는 전리수소영역*을 관측했다. 해당 영역은 매우 큰 질량을 가진 전리수소영역임에도 불구하고 먼지와 가스로 가득한 분자운 뒤에 존재함으로써 성간 소광이 발생해 그동안 심도 있는 관측이 이루어지지 못했다. 또한, 넓은 영역 중 일부에 대해서 저해상도 관측만 수행돼 자세한 내부 구조를 파악할 수 없었다. 

    * 전리수소영역 : 많은 양의 자외선을 방출하는 무거운 별 주변에 존재하는 이온화된 수소 기체로 이루어진 영역. 별 생성 영역이며 은하의 물리·화학적 진화와 연관성이 높아 중요한 연구 대상이다. 


□ 연구진은 2015년 수신기 성능을 개선한 한국천문연구원의 대덕전파망원경을 이용해, 기존 낮은 주파수로 관측한 영상에 비해 약 10배 정도의 고해상도 영상을 얻을 수 있었다. 이를 통해 CTB 102 영역의 물리적 구조와 그 속에서 생성되고 있는 어린별의 특성과 이 지역의 별 생성률 등을 알아냈다. 


□ 이번 연구에서 얻은 고해상도 일산화탄소(CO)의 관측 결과에 따르면, CTB 102는 가로지르는 크기가 180광년 정도이며 무게는 태양의 약 10만 배이다. 


□ 더불어 본 연구에서는 NASA의 와이즈(WISE) 적외선 망원경을 이용한 어린별의 등급 분류 방법을 통해 해당 영역 어린별들의 등급을 분류했다. 그 결과, 이 지역이 전체적으로는 은하 전반의 별 생성률인 5~10%와 큰 차이를 보이지 않으나 일부 특정 지역에서는 17%~37%의 높은 별 생성률을 보인다는 통계적 사실을 밝혀냈다. 하지만 이 지역들은 두꺼운 분자구름에 가려져 적외선영역에서는 자세한 관측이 어려워 후속 연구를 통해 원인을 밝힐 계획이다.


 해당 연구 논문을 이끈 한국천문연구원 강성주 박사는 “우리나라 최초의 전파망원경을 통해 해당 별 생성 영역의 고해상도 이미지를 처음으로 관측하고 이를 통해 별 생성률의 특성을 알아냈다”며 “앞으로도 대덕전파망원경을 활용해 새로 태어나는 별들이 특정지역에 모여 있는 이유에 대해 후속 연구를 이어갈 예정이다”고 말했다.  


  이번 연구 결과는 천문학 분야에서 영향력 있는 국제 학술지인 ‘천체물리학 저널(Astrophysical Journal)’ 2019년 5월 1일자에 게재됐다. 


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그림 설명. (위) 대덕전파망원경을 통해 얻어진 전리수소영역 CTB 102의 고해상도 영상.

아래 왼쪽은 이전 연구에서 관측된 캐나다 은하면 탐사(CBT, Canadian Galactic Plane Survey)에서 얻어진 이미지로 대덕전파망원경 대비 10배 정도 저화질의 영상이다. 

타원 안에 밝은 영역이 CTB 102 부분으로 낮은 해상도로 인해 내부 구조의 연구가 어려웠으나 이번 고해상도 관측으로 해당 전리수소영역의 내부에 대한 연구가 가능하게 됐다. 

아래 오른쪽 그림은 와이즈 적외선 망원경으로 촬영한 CTB 102의 24마이크로미터(μm, 100만분의 1m) 이미지. 붉게 나타나는 부분이 성간먼지이다. 



[참고] 용어 설명


1. 대덕전파천문대(TRAO, Taeduk Radio Astronomy Observatory) : 한국천문연구원이 1986년부터 운용 중인 13.7m 망원경을 보유한 시설이다. 대덕전파천문대를 통해 국내 관측 연구의 범위가 가시광선 스펙트럼에서 밀리미터파 전파 영역으로 확대돼, 우리나라의 전파천문학을 주도해왔다고 할 수 있다. 지난 30여 년 간 SIS 수신기 개발, 필터뱅크 분광기 개발, 안테나 주경면 조정, 다중빔 수신기 도입 등 꾸준히 성능을 향상시켜왔으며 이를 통해 별 탄생의 과정, 성간 분자운의 진화, 별의 소멸 과정 등과 같은 별의 진화과정을 연구하는 데 큰 역할을 했다. 2015년 분해능 및 관측시간 효율을 10배 정도 업그레이드해 가동 중이며 86GHz에서 115GHz 사이의 주파수를 이용해 관측을 할 수 있다.

- 대덕전파천문대 웹사이트: http://trao.kasi.re.kr


2. CTB 102 : 1960년대 캘리포니아 공과대학(Caltech)에서 수행한 전파관측목록 리스트 ‘Caltech catalog B’의 102번째 천체이다. CTB 102는 거대한 별 생성 영역으로 알려져 있었으나 우리은하 외곽에 멀리 떨어져 있는 천체일 뿐 아니라 우리와 천체 사이에 성간물질이 많아 성간 소광이 많이 일어나서 실질적인 관측이 이루어지지 못한 곳 중에 하나다. 


3. 성간 소광: 별과 별 사이의 우주 공간은 완전한 진공이 아니며 미세한 고체 입자인 성간 티끌이 존재한다. 따라서 어떤 천체에서 방출된 빛이 지구까지 도달하는 동안 이 성간 티끌에 의해 흡수되거나 산란되어 그 세기가 감소하게 되는데 이러한 현상을 성간 소광이라 말한다.


4. 와이즈(WISE, Wide Field Infrared Survey Explorer) 적외선 망원경

별 생성 과정을 보여주는 천체들을 비롯해 소행성, 빛을 낼만큼 큰 질량을 갖지 못한 별 등을 관측하기 위해 NASA가 2009년에 발사했다. 적외선 영역의 각기 다른 파장(3.4, 4.6, 12, 22마이크로미터)의 관측 등급(밝기)을 이용해 어린별의 등급(Class I(아주 어린별) ~ Class III(주계열성으로 들어온 별))을 구할 수 있다.



[참고 ]  논문 및 연구팀


○ 연구진 

- 강성주(책임저자 및 교신저자, 한국천문연구원 전파천문연구그룹 박사후연구원), 최민호(한국천문연구원 전파천문연구그룹 책임연구원), 강미주(한국천문연구원 전파천문연구그룹 선임연구원), Brandon Marshall(주저자, 아이오와주립대학 박사), Charles Kerton(아이오와주립대학 물리천문학과 교수), 김영식(대전시민천문대 연구원)


○ 논문

- 게재지: 천체물리학 저널 2019년 5월 1일자 게재

- 제목: High-Resolution Observations of the Molecular Clouds Associated with the Huge H II region CTB 102

- 관련논문 링크 : https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab1264



[문의]

☎ 042-869-5912, 전파천문본부 전파연구그룹 강성주 박사