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2014년 4월 15일 화요일

우주 이야기 232 - 허블 우주 망원경으로 별까지의 거리 측정하기



 우주에서 거리를 재는 방법은 다양합니다. 지구에서 비교적 가까운 거리에 있는 별들은 지구의 공전에 의해서 별의 위치가 다르게 보이는 연주 시차를 이용해서 거리 측정이 가능하고 지구에서 멀리 떨어진 은하들은 적색 편이나 혹은 표준 촛불이라고 부르는 Type Ia 초신성 폭발을 통해서 측정이 가능할 수 있습니다. 그 중에서도 연주 시차를 이용한 방법은 역사적으로도 가장 오래되었을 뿐 아니라 근접한 항성의 거리를 재는 데는 매우 믿을 만한 방법입니다. 연주 시차에 대한 상세한 설명은 아래 링크를 참조해 주시기 바랍니다.   


 (참고) 연주시차를 이용해서 별까지의 거리 측정하기  


 연주 시차를 이용하는 방법은 멀리 떨어진 별일 수록 더 거리를 측정하기 힘듭니다. 어느 방법으로 측정하든지 간에 이는 당연하겠지만 연주 시차는 지구에서 멀어질 수록 측정이 어렵기 때문입니다. 지구의 공전 궤도지름은 2 AU (약 3 억 km) 인데 1 광년도 9조 4600 억 km 에 달하므로 수백, 수천광년 떨어진 별의 연주 시차라는 것은 극도로 작을 수 밖에 없습니다. 수 km 밖에 떨어진 물체가 1 mm 씩 이동하는 것에 비유할 수 있을 정도죠.   


 하지만 최근에는 관측 기술도 극도로 발전하여 이전에 비해 매우 멀리 떨어진 별의 연주 시차도 측정이 가능합니다. 최근 우주 망원경 과학 연구소 (Space Telescope Science Institute (STScI)) 의 과학자들은 허블 우주 망원경을 사용해 지금까지 거리 보다 10 배 이상 더 멀리 떨어진 별의 거리를 정확하게 측정했다고 합니다.  


 이번에 허블 우주 망원경이 거리를 측정한 별은 지구에서 무려 7500 광년이나 떨어진 마차부자리 (constellation Auriga) 북쪽의 세페이드 변광성 (Cepheid variables) 입니다. 이 미세한 연주시차를 측정하기 위해서 허블 우주 망원경의 WFC 3 (Wide Field Camera 3) 를 픽셀 한개까지 세밀하게 분석했다고 합니다. (참고로 1680 만 화소 이미지 센서) 허블 망원경의 성능을 한계까지 끌어올림으로써 천문학자들은 최대 10000 광년 떨어진 별까지의 거리도 연주 시차를 적용해 관측이 가능해졌습니다.  




(허블 우주 망원경을 이용한 거리 측정 방법  By applying a technique called spatial scanning to an age-old method for gauging distances called astronomical parallax, scientists now can use NASA’s Hubble Space Telescope to make precision distance measurements 10 times farther into our galaxy than previously possible.
Image Credit:  NASA/ESA, A.Feild/STScI  )    


 이번에 거리가 구해진 세페이드 변광성 역시 천문학에서 우주의 거리를 측정하는데 사용되는 거리의 사다리 (Distance ladder) 중 하나입니다. 세페이드 변광성은 1 - 50 일 주기로 밝기가 변하는데 주기에 따라서 밝기가 어느 정도인지 주기 - 광도의 상관 관계가 잘 알려져 있습니다. 즉 거리를 알 수 없는 은하나 구상성단을 관측했는데 여기서 세페이드 변광성을 발견해서 주기를 측정하면 절대 밝기를 알 수 있습니다. 그러면 겉보기 등급과 비교해서 거리를 추정할 수 있는 것이죠.  


 따라서 세페이드 변광성의 정확한 거리/밝기/주기를 측정하는 일은 매우 중요합니다. 허블 우주 망원경을 비롯해 최신의 망원경들이 하나씩 들어서면서 멀리 떨어진 별은 물론 세페이드 변광성이나 Type Ia 초신성의 거리 측정 역시 더 정확해지고 있고 결과적으로 거리 측정도 더욱더 정확해질 것입니다.  


 허블 우주 망원경은 올해로 벌써 발사된지 24 년 (1990 년 발사) 이 되었지만 아직도 천문학의 최전선에서 맹활약을 하고 있습니다. 이런 일도 그렇게 쉽지는 않을 텐데 아마도 그 후계자인 제임스 웹 우주 망원경이 본격적인 활약을 할 때까지는 당분간 현재의 위치를 지키게 될 것으로 보입니다.  


 참고  



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