만약 500 GHz 라는 상상하기 힘든 주파수에서 세상을 보면 어떻게 될까요 ? 천문학자들은 최근 이 질문에 대한 대답을 얻었습니다. 나비 성운이라는 이름으로 유명한 행성상 성운 NGC 6302 는 대략 지구에서 3400 광년 떨어진 성운으로 수광년의 달하는 거대한 크기를 지닌 행성상 성운입니다. 그 아름다운 외형으로 인해 사실 이미 대중에게도 친숙합니다. 허블 우주 망원경은 이 아름다운 성운의 모습을 생생하게 포착했습니다. (NGC 6302 에 대해서는 http://jjy0501.blogspot.kr/2012/06/39-ngc-6302.html 참조)
(NGC 6302 Butterfly Emerges from Stellar Demise in Planetary Nebula NGC 6302. NASA, ESA and the Hubble SM4 ERO Team )
이 나비 성운은 이전에 설명했듯이 가운데 중심별이 있고 이 별에서 빠져나간 가스가 거대한 날개를 형성하며 주변의 도넛 모양의 먼지가 몸통을 형성하는 구조입니다. 우리가 보는 것은 별의 장엄하지만 아름다운 최후입니다. 이 행성상 성운은 그 아름다운 자태 외에도 독특한 구조로 인해 과학자들의 관심을 집중시키고 있습니다.
최근 완성된 초대형 전파 망원경인 ALMA ( http://jjy0501.blogspot.kr/2012/07/99-alma.html 참조) 에는 원자 탄소 (Atomic carbon) 이 내는 파장인 492 GHz 대의 파장을 검출할 수 있는 일본 국립 천문대 (National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ)) 의 수신기가 탑재되어 있습니다. 이 수신기는 Band 4 (receiving frequency: 125 to 163 GHz, millimeter-wave); Band 8 (385 to 500 GHz, submillimeter-wave); Band 10 (787 to 950 GHz, Terahertz-wave) 의 세가지로 ALMA 의 강력한 해상도와 결합해서 매우 세밀한 관측이 가능한 장비라고 하겠습니다.
이를 통해 천문학자들은 단순히 색깔 뿐 아니라 이 행성상 성운의 물질의 분포를 아주 상세하게 알 수 있습니다. 탄소 원자는 우주에서 가장 흔한 수소 원자에 비해서 1/3000 밖에 안될 만큼 수가 적지만 사실 우주에서 세번째로 흔한 원소로 생각되고 있습니다. 위의 나비 성운 역시 많은 탄소 원자를 가지고 있는데 이 상상하기 힘든 수준의 높은 파장의 전파 관측을 통해 천문학자들은 그 분포를 알아낼 수 있습니다. ALMA 에 새로 탑재된 리시버는 과거 일본 전파 천문대가 가지고 있었던 것 보다 400 배나 더 높은 해상도로 500 GHz 파장대 관측이 가능합니다.
(500 GHz 해상도의 관측 결과. 탄소 원자는 노란색으로 표시 Planetary Nebula NGC 6302. The right image is the composite of ALMA Band 8 (yellow) and the Hubble Space Telescope (gray). Upper left image is the whole view of NGC 6302 taken by the Hubble Space Telescope. Lower left panel shows the line profile of atomic carbon. (Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope) )
예상했던 대로 탄소 원자는 주로 행성상 성운의 가운데, 특히 먼지 구름이 있는 위치에 집중적으로 분포하고 있음을 알 수 있습니다. ALMA 는 앞으로 높은 해상도를 바탕으로 더 디테일한 구조를 관측할 계획인데 단순히 한 성운의 구조를 관측하는 수준을 넘어서 별의 최후 단계에서 일어나는 일과 또 이 별의 흔적이 추후에 다른 별과 행성의 재료가 되는 과정까지 우리의 이해를 더 깊게 만들어 줄 것으로 기대됩니다. 아무튼 이렇게 높은 파장에서 우주를 바라볼 수 있다는 것 자체로 신기한 일입니다.
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