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시퀸 카메라 시험관측 성공 (2010년 8월 19일)
서울대학교 초기우주천체연구단(후원: 한국연구재단 창의적연구진흥사업, 단장 : 서울대학교 물리천문학부 임명신 교수)은 연구단이 자체 제작한 근 적외선 카메라 시퀸(CQUEAN)을 미국 텍사스 주립대학 맥도날드 천문대 2.1m 망원경에 설치하는 작업과 시험관측을 성공 리에 마쳤다고 발표하였다. CQUEAN은 Camera for Quasars in the EArly uNiverse의 약자이며, 초기우주의 퀘이사 관측을 목표로 연구단의 서울대학교
임명신 교수 팀과 경희대학교 박수종 교수 팀이 공동으로 개발하였다. 시퀸 설치작업과 시험관측은 2010년 8월 10일~18일 사이에 이루어졌다. 연구진은 이번 시험관측을 통하여 우주에서 가장 밝게 반짝 빛난다는 감마선 폭발천체의 모습, 그리고 약 125억 광년 떨어진 곳에 있는 초기우주 퀘이사의 영상을 아직까지 관측이 되지 않은 근 적외선 파장 대에서 관측하는데 성공하였다. 이들 흥미로운 천체들에 대한 관측 이외에도 "스테판의 다섯쌍둥이"라 이룸 붙여진 합병과정에 있는 은하들의 모임인 Arp319를 비롯하여 나선은하 M77, 구상성단
M15, 고리성운 M57 등의 관측이 이번 시퀸 카메라 성능시험의 일환으로 이루어졌다.
효율적인 천문연구관측을 위해서는 하늘이 맑고 대기가 안정되어있는 기상조건이 절대적으로 필요하다. 우리나라는 기후 특성상 이러한 천문관측을 위한 기상조건을 갖추고 있지 않기 때문에 좋은 관측 연구를 위해서는 해외의 관측시설을 사용해야 한다. 또한 창의적인 연구를 하기 위해서는 독자적인 관측기기를 제작하여 남들과는 다른 방법으로
천체를 관측할 필요가 있다. 이러한 이유로 연구진은 적색편이 된 초기우주천체의 관측에 성능을 최적화한 근 적외선 카메라를 개발하고 이를 천문관측을 위한 기상조건이 양호한 미국 텍사스 주 맥도날드 천문대의 2.1m 망원경에 설치하였다. 특히 이번 개발은 고가의 천문관측기기 개발을 주도하고 있는 출연연구소와는 독자적으로 대학에서 이루어졌으며 앞으로의 해당분야 인력양성에 많은 기여를 할 수 있게 되었다. 천혜의 기상조건, 고성능의 카메라, 우리나라가 보유한 최대구경 보현산 도약망원경(1.8m) 보다 더 큰 망원경 성능 등이 어우러져
보현산 도약망원경보다 10배 이상 효율적인 측광 관측연구가 가능해졌다.
시퀸의 특성은 다음 4가지로 요약될 수 있다. 우선 0.8 - 1.1 마이크로미터에 해당되는 근 적외선 영역에서 기존의 천문연구용 카메라보다 3-4배 더 높은 감도를 보인다는 점을 들 수 있다. 연구단의 주요 연구대상인 초기우주천체들을 잘 관측할 수 있는 파장영역이 적외선 파장이기 때문에 근 적외선 빛을 잘 감지하는 CCD칩을 장착한 기기를 사용하여
위와 같은 성능을 구현하였다. 두 번째 특성으로는 125년 광년 이상 떨어진 곳에 있는 초기우주 퀘이사 천체의 연구를 위해 특별히 고안된 is 및 iz 라는 특수필터를 들 수 있다. 이들 필터들은 연구진이 세계에서 최초로 사용하는 필터로서 그동안 관측하기 어려웠던 초기우주 퀘이사들의 발견을 10배 이상 용이하게 한다. 그 다음 특성으로는 시퀸 카메라의 시야를 3배 넓혀주는 focal reducer라고 하는 광각렌즈 시스템을 들 수 있다. 이 렌즈는 직접 설계하고 국내업체인 그린광학과 공동으로 제작하였으며 국내에서 대형 망원경에 이러한 광각렌즈
시스템을 개발하여 천문연구용 카메라에 사용한 것은 이번이 처음이다. 마지막 특성으로는 1초 이내의 빠른 속도로 정밀하게 천문 관측 자료를 읽어낼 수 있는 고속촬영 기능을 들 수 있다. 기존 천문관측 연구용 카메라들의 자료 읽기 속도가 30초 - 1분 정도가 된다는 점과 비교할 때 획기적으로 빠른 자료 읽기 속도라 할 수 있다. 그 밖에도 천체관측을 장기간 노출시간을 주면서 수행할 때 천체의 위치를 안정적으로 고정 시켜주는 장치인 가이드 카메라를 자체 제작한 로봇 팔에 올려 완벽한 가이딩 관측을 구현하였다. 이미 개발이 이루어진 제품과
직접 개발한 장치를 효율적으로 조합함으로써 비교적 적은 예산(인건비를 제외한 개발비용 : 약 1 억 2천만 원)을 가지고 1년여의 매우 짧은 시간 안에(통상 천문 기기개발에는 약 5년의 기간소요) 시퀸의 개발이 이루어질 수 있었다.
이번 시험관측 기간 동안에는 8월 14일과 8월 16일에 두 개의 감마선 폭발천체가 나타나 뜻하지 않게 감마선 폭발천체의 관측을 할 수 있는 좋은 기회를 갖게 되었다. GRB 100816A라고 명명된 8월 16일에 나타난 감마선 폭발천체의 경우, 스위프트 우주위성에서 감마선 폭발이 최초로 탐지된 후 8시간 만에 시퀸을 이용한 관측을 시작하였으며 관측 직후 국내로 전송된 관측 자료에 대한 신속한 분석이 이루어졌다. 그
결과, 감마선 폭발이 일어난 은하를 확인하고 GCN Circular라는 국제 네트워크를 통하여 이 사실을 최초로 학계에 보고 하는 그룹이 되는 쾌거를 이루어낼 수 있었다. 그 후 타 그룹의 추가관측을 통하여 GRB 100816A는 우리로부터 약 70억 광년 떨어진 곳에서 나타난 거대한 폭발임이 밝혀졌다. 8월 14일에 나타난 감마선 폭발천체인 GRB 100814A에 대해서도 폭발직후부터 시퀸을 이용한 관측이 이루어졌으며, 관측직후 NASA, 영국 대학 팀 등과 함께 시퀸 관측결과를 이용하여 이 천체를 연구하기 위한 국제공동 연구팀이 꾸려지기도 하였다. 이번 관측결과는
아직도 수수께끼가 많이 남아 있는 감마선 폭발의 메카니즘을 밝혀내는 데 도움이 될 것으로 전망된다. 이처럼 짧은 기간 동안 이루어졌던 시험관측임에도 불구하고 특기할 만한 연구 성과를 이끌어낼 수 있었다는 점으로 보아, 시퀸 카메라의 계속된 안정적인 운용을 위하여 더 나은 연구결과들을 도출할 수 있을 것으로 연구진은 기대하고 있다.
연구단은 앞으로 수년 동안 시퀸 카메라를 이용하여 125억 - 135억 광년 이전의 초기우주에 존재하였던 퀘이사들을 관측함으로써 아직까지 풀리지 않는 수수께끼로 남아있는 태양보다 100만 배 이상 무거운 초대형 블랙홀의 성장과정을 규명할 예정이다. 시퀸 카메라로 얻은 자료를 사용하여 125억 - 135억 광년 떨어진 먼 우주에서 빛을 내는 퀘이사
천체 후보들을 수백만 개의 천체 가운데서 선별하는 작업이 이루어질 것이며, 그 과정에서 수십 개의 초기우주 퀘이사들을 발견할 수 있을 것으로 연구진은 기대하고 있다. 그 외에도 시퀸 캄라의 고속촬영 기능을 살려 수 십억에서 100억 광년이상 떨어진 곳에서 갑자기 나타났다 사라지는 감마선 폭발 천체의 관측이나, 외계행성 엄폐현상 연구도 수행할 예정이다.
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