세계 최대급 망원경인 전용 분광기 개발 - 이웃집과학자

한국천문연구원(이하 천문연)이 세계 정상급 대형망원경인 제미니천문대용 적외선 고분산 분광기^[1] IGRINS-2(Immersion GRating INfrared Spectrograph, 아이그린스-투)를 개발해 첫 관측(First Light)에 성공했습니다.

제미니천문대는 미국 하와이와 칠레 세로파촌에 각각 1기씩 세워진 지름 8.1m 대형망원경으로 구성된 국제 공동 운영 천문대인데요. 현재 단일경으로는 스바루 망원경과 함께 세계에서 가장 큰 광학망원경으로 꼽힙니다. 천문연 관측기기 개발팀은 올해 10월 해발 4,200미터 하와이 마우나케아에 소재한 천문대에 분광기를 설치했고, 행성상성운 NGC 7027의 팽창 중인 기체 방출선을 성공적으로 포착했습니다.

첫 관측 대상인 백조자리 내의 행성상성운 NGC 7027은 지구로부터 약 3,000광년 떨어져 있습니다. 태양보다 3~4배 질량이 크고 죽음 단계에 있는 별이죠. 개발팀은 IGRINS-2를 이용해 중심부로부터 팽창하는 기체로부터 나오는 다양한 분광선들을 성공적으로 포착했습니다.

IGRINS-2 분광기로 촬영한 행성상 성운 NGC 7027의 근적외선 스펙트럼. 분광기에 의해 빛이 파장 방향(그림에서 가로 방향)으로 퍼지며, 도플러 현상을 이용하여 팽창하는 구형기체의 성분을 연구할 수 있다. 출처 : 한국천문연구원

IGRINS-2 분광기는 별과 행성계의 탄생과 진화 과정, 외계행성의 발견 및 특성 규명 연구에 특화된 관측기기입니다. 실리콘 담금격자를 핵심 부품으로 이용해 기존의 분광기보다 작은 부피로 넓은 파장 대역을 높은 감도로 관측할 수 있습니다. 특히 적외선 영역인 H-밴드(1.49-1.80마이크로미터)와 K-밴드(1.96-2.46마이크로미터) 대역을 동시에 관측할 수 있어 천체의 물리적 특성을 자세히 분석할 수 있습니다.

IGRINS-2 카메라로 촬영한 행성상성운 NGC 7027의 2.2마이크로미터 적외선 영상. 사진 중앙 위쪽의 검은 선이 분광기의 슬릿(파동 또는 빛의 일부만이 통과하게 만든 작은 틈)으로, 이를 통해 입사된 빛이 파장 방향으로 퍼져서 천체의 속도 성분을 알아낼 수 있다. 출처 : 한국천문연구원

IGRINS-2 분광기는 2024년 상반기에 추가 시험 관측과 성능검증 과정을 거친 후, 이르면 2024년 하반기부터 세계 천문학자들이 연구에 활용할 수 있도록 제공될 예정입니다.

이번 개발의 책임자인 천문연 박찬 책임연구원은 “개발 기간의 대부분 동안 코로나-19 팬데믹 상황의 영향을 받았음에도 일정 지연이 없이 개발과 시험 관측을 완료했다는 점에서 국내 천문기술 개발 역량에 자부심을 확고히 하는 계기가 됐다” 라고 말했습니다.

천문연 대형망원경사업단장 박병곤 책임연구원은 “우리나라 최초로 8미터급 대형망원경의 주력 관측기기를 개발해 활용하게 됐다는 점에서 의의가 크다” 고 전했는데요.

한편, 천문연은 2019년부터 미국, 캐나다, 브라질, 아르헨티나, 칠레 등과 함께 제미니천문대를 국제 공동 운영하고 있습니다. 천문연은 2014년 미국 오스틴 텍사스대학교와 공동으로 개발했던 IGRINS 분광기가 제미니천문대 커뮤니티에서 성능을 인정받자 그 성능을 개량한 IGRINS-2를 2020년부터 제미니천문대 전용으로 개발해왔습다.

#용어설명

[1] 분광기: 천체관측 망원경을 통해 모아진 빛을 파장별로 분해해 분석하는 장비로, 천체의 구성성분이나 천체가 움직이는 속도 등을 파악하기 위해서 필수적이다. 빛을 나눈다는 의미의 분산은 얼마나 자세하게 나누느냐에 따라 고분산, 중분산, 저분산 등으로 구분한다.

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