천문학 연구에 큰 공헌, 국한우주전파관측망(KVN) 하나0년을 돌아보다 확인해볼까요

일상을 살면서 스트레스가 쌓이는 내 감정에 위로가 필요할 때 하체를 올려다본 기억, 어느 자신 한번쯤 있을 것입니다. 누군가는 밤마다 떠다니는 수많은 별들로 인해 감정에 평정심을 되돌리기도 하고, 누군가는 수많은 별을 품고 있는 우주를 바라보며 영감을 받아 그 영감을 상상력을 더해 글, 그림, 또는 영화를 통해 선보이기도 한다.우주라는 광대한 경기장에서 지구는 아주 작은 무대일 뿐이라는 천문학자 칼 세이건의 말처럼 우리가 바라보는 우주는 극히 일부에 불과하다. 그것을 알기에 우주에 대한 호기심이나 기대는 더 커지지 않을까. 항상 상상만으로 그리는 우주를 더욱 가깝게 느낄 수 있는 것은 천체망원경 등 우주조사를 가능하게 하는 관측 시설 덕분입니다. Korea 천문조사원이 운영하는 Korea 우주전파관측망(KVN, Korean VLBI Network)도 천문학 조사에서 큰 역할을 해왔다. 첫 동시 포착 신호 검출 후 올해 첫 0주년을 맞은 KVN의 중요한 성과를 정리했다.​​

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데힝밍국우, 주전파 관측망(KVN)은 서울 연세대, 울산 울산대, 제주 중문에 각각 설치된 직경 21m의 전파 망원경 3기로 구성된 초장 기선 전파 간섭계(이하 VLBI, Very Long Baseline Interferometer)관측망으로 전파의 파동을 거듭 파동의 진폭을 늘리거나 없는 린이는 '간섭'현상을 이용한 망원경 시스템이다. VLBI는 멀리 떨어진 세 전파 망원경을 이용하면서 동시에 한 천체를 관측함으로써 직경 약 500km의 거대한 전파 망원경을 이용하는 것과 같은 효과를 낸다. 이처럼 KVN은 3기를 연결한 간섭계에 사용되기도 하지만 각각 단 1망원경으로도 사용 가능하다. ​데 힌 민국 천문 조사원은 2008년 12월 21서울 연세대, 울산 울산대, 제주 중문 세관 측지의 전파 망원경의 건설을 완료하고 KVN세개의 망원경으로 세부 조정과 신호 검출의 시도를 반복하면서 2009년 10월 161, 거실 그늘에 동시 포착 신호 검출에 성공했어요.​ 2011년에는 독자 개발한 세계 최초 4채널(22,43,86,129 GHz대역)동시 관측의 수신기를 KVN전파 망원경에 설치하고 일의 주파수로 관측할 수 있었던 천체를 네개의 주파수에서 동시에 관측할 수 있게 됐다. 현재 이 기술은 초소형 3채널 우주 전파 수신 시스템으로 향상되고, 밀리 미터 파장 대역의 VLBI세계 보동로 자리 매김했다. KVN은 대한민국 최초의 VLBI 전파망원경 관측망으로 우주에서 오는 미세한 전파를 분석하여 거대 은하 및 은하의 한복판을 보다 자세하게 살펴볼 수 있어 별의 탄생과 소멸에 이르는 과정 등을 목격함은 물론 블랙홀 조사에도 많은 성과를 거두며 한국 정부의 천문학 조사에 크게 기여하였습니다. 만약 데힝 민국 천문 조사원은 2012년 우리 정부의 KVN을 비롯한 1개, China등 동 아시아 지상의 다양한 전파 망원경을 연결한 '동 아시아 VLBI조사 센터'를 열고 2013년 동 아시아 VLBI관측망 EVAN준비 2019년 한 중 한 3개국의 전파 망원경 10기를 이용하고 EVAN관측의 운영을 시작하면서 동 아시아 VLBI관측망의 핵심적인 역할을 한다. ​​

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천문학 연구에 큰 기여를 한 KVN, 이 10년 블랙 홀, 별의 탄생과 소멸 등 전파 천문학을 통해서, 여러가지 연구 성과를 선 보였다. 데힝밍국쵸은뭉 연구원 국제 공동 연구 팀은 우리 나라 신라 KVN과 일본의 VERA을 연결하고 전파 망원경 7대로 구성된 한일 공동 우주 전파 관측망(KaVa)를 구성, 이 시설을 통해서 관측한 X선의 에너지 변이를 분석하고 거대한 은하인 M87의 중심에 있는 초거대 블랙 홀이 내뿜는 플라즈마의 제트 현상을 관측하고(그림 1)M87블랙 홀 제트의 속도가 기존에 알려진 것보다 중심부에서 더 가까운 5광년 거리에서 이미 광속의 80%에 가속되고 있다는 사실도 6개월 간 집중적인 관측을 통해서 밝혔다. 이 성과는 블랙홀 제트가 어느 원리로 분출되는지를 밝히는 중요한 단서가 됐다.​ 2019년 올해 전 지구에 걸치고 있는 8개의 전파 망원경을 연결하고, 지구 규모의 가상 망원경 사고 지평 선 망원경(이하 EHT, Event Horizon Telescope)를 만들어 초대 질량 블랙 홀 관측에 성공했습니다(그림 2). 같은 간헐적으로 다른 망원경을 통해 들어온 블랙홀의 전파신호를 컴퓨터에 통합 분석하고 이를 역추적하는 방식으로 블랙홀의 모습을 영상으로 더소화할 수 있었다. M87블랙 홀 관측 사진을 발표한 EHT프로젝트에 KVN의 관측 결과도 활용되어 사고의 지평선 관련 데이터를 보정하는 연구를 수행했습니다.​도 한 KVN의 단일 망원경을 활용하고 2016년 이중은 별 탄생 영역(G19.61-0.23및 G75.78+0.34)에서 발생하는 일산화 규소(SiO)메이저를 검출하고(그림 3), 2018년 항성의 마지막 진화 단계에서 별의 대기 구조가 비대칭으로 발달하는 현상을 포착했습니다. 전파의 일종인 메이저를 관측하면 분자구름의 깊숙히 묻혀 있는 원시별, 즉 아기별의 자세한 모습을 볼 수 있어 무거운 별의 탄생과 진화를 밝히는 중요한 단서를 찾을 수 있다.​​

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우주가 보내는 다양한 전자기파가 있고 sound에도 우리가 예전처럼 눈으로 볼 수 있는 빛, 가시광만으로 우주를 바라봤더라면 우주에 대한 많은 것을 놓쳤을 것이다. 가시광선보다 파장이 긴 전파를 활용해 천체 자신, 성간 물질 등 물리적 상태를 연구하는 전파천문학(Radio Astronomy)이 있어야 블랙홀이 자신의 아기별 등에 관한 새로운 사실을 규명할 수 있었고, 이 전파천문학을 가능케 한 것은 세계적인 수준의 전파관측망 KVN 덕분이었다. KVN은 단일 전파망원경으로 사용되기도 하는데, KVN 세 개의 전파망원경이 관측을 동시에 하는 시스템을 이용할 때 각각 다른 관측 때보다 더 강력하게 물체를 구별할 수 있다. ​ 데힝밍국쵸은뭉 연구원의 김기태 전파 천문 본부장은 "옛날 일 0년간 KVN은 우리가 개발한 동시 관측의 수신기를 이용하고 기존에 관측하지 못한 고주파수 대역에서도 천체를 관측하고 새로운 연구 결과를 이끌고 그 결과 KVN이 고주파 수 VLBI세계 표준으로 자리 매김하고 있다","내년부터는 현재보다 2배 이상 뛰어난 성능을 가진 KVN망원경 일기를 새로 건설할 생각입니다"이라고 밝혔다.앞으로도 KVN을 통해 우주에 관한 새로운 사실들이 더 많이 밝혀지고 광대한 우주를 이해하는 계기가 되기를 기대합니다. KVN이 연구관 측을 시작한 20일 한년부터 최근까지 KVN와 관련된 논문 한 20여 그루가 국제 학술 저널(SCI)과 Natural Astronomy, Nature Communications를 비롯한 학술지에 게재됐다.

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