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2015년 6월 23일 화요일

우주 이야기 344 - 외계 행성의 모습을 직접 관찰하다.


 현재까지 과학자들은 수천 개의 외계 행성 및 그 후보를 발견했습니다. 역시 예상했던 것처럼 우주에는 행성이 매우 흔하게 존재했습니다. 하지만 지금까지 발견한 외계 행성 가운데 그 이미지를 직접 얻은 경우는 극히 일부입니다.
 대부분의 외계 행성은 외계 행성이 모항성 앞으로 지날 때 빛을 가린다든지 혹은 모성이 미세하게 흔들리는 점을 포착해서 증명된 것입니다. 현재 있는 가장 강력한 망원경을 사용해도 모성 밝기의 100만 분의 1 수준에 불과한 행성을 직접 관찰하는 일은 거의 불가능에 가까운 경우가 대부분입니다. 
 당연히 과학자들은 이 한계를 극복하기 위한 연구를 진행 중에 있습니다. 그리고 2015년 5월, 마침내 국제 과학자팀은 벡터 APP 코로나그래프(vector Apodizing Phase Plate' (vector-APP) coronagraph)를 칠레에 있는 6.5미터 구경의 마젤란 클레이 망원경(Magellan Clay telescope)에 장착했습니다.
 본래 코로나그래프는 태양의 밝은 중심 부분을 가려서 주변의 코로나를 관측하기 위한 기기입니다. 하지만 이 경우에는 밝은 중앙의 별을 가려서 그 주변에 있는 어두운 행성을 관측하는 기기라고 이해하면 될 것 같습니다. 이 작업은 마치 서치라이트 불빛 옆에 있는 반딧불을 찾는 것 같은 일이지만, 과학자들은 이 신기술을 통해서 더 많은 외계 행성을 관측할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
 일단 새로운 장비를 탑재한 마젤란 클레이 망원경은 이미 알려져 있는 외계 행성을 향해 망원경을 돌렸습니다. 5월 6일부터 탐사를 시작한 망원경은 기대한 것처럼 적외선 영역에서 행성의 이미지를 얻는 데 성공했습니다. (아래 사진)

(에타 크루시스의 벡터 APP 코로나그래프 이미지.  A double image of the star Eta Crucis taken through the vector-APP coronagraph installed at MagAO. The two main images of the star exhibit D-shaped dark holes on complementary sides. Credit: Leiden University, University of Arizona )

(베타 센타우리의 벡터 APP 코로나그래프 이미지.  A double image of the star beta Centauri taken through an experimental version of the vector-APP coronagraph installed at MagAO. Both images of the star contain a dark region that covers the complete 360 degrees around the central star. In both cases, the binary companion to beta Centauri is easily detected. Credit: Leiden University, University of Arizona. )
 이 새로운 장비는 액체 크리스탈 3D 패터닝 기술(liquid crystal 3D patterning techniques) 이라는 새로운 방식을 이용해서 모성 근방의 희미한 행성의 빛을 적외선 영역에서 찾아낼 수 있습니다. 지구에서 64광년 떨어진 에타 크루시스의 이미지와 지구에서 320 광년 떨어진 베타 센타우리의 이미지에는 모항성 주변의 행성의 이미지가 분명하게 나타나고 있습니다.
 아직은 작은 점에 불과한 것 같지만, 기술의 계속 발전하면 더 선명한 이미지를 얻을 수 있을 것입니다. 작은 점이라도 그 스펙트럼을 분석할 수 있게 되면 여러 가지 정보를 손에 넣을 수 있습니다. 물론 직접 관측한 이미지는 외계 행성이 실제로 존재한다는 움직일 수 없는 증거이기도 합니다.
 과학자들은 미래의 차세대 대형 망원경에 이 기술을 적용하면 더 많은 외계 행성의 이미지를 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 과거에는 상상으로만 가능했던 일이지만, 이제 외계 행성을 직접 관측하는 일은 상상이 아닌 현실의 영역이 되고 있습니다.
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