원자력/우주항공

퀘이사 기하학적 거리측정 최초로 구현

발행일 : 2020 / 01 / 20

중국과학원 고에너지물리연구소 왕젠민(王建民) 연구팀은 참신한 기하학적 거리측정 방법을 개발해 퀘이사 “3C-273″의 우주거리를 성공적으로 측정하였다. 기존의 측정 도구와 비교할 수 없는 장점을 보유한 해당 기하학적 방법은 날로 심각해지는 “허블상수 위기” 해결에 새 경로를 제공하였다. “Nature Astronomy”에 게재된 해당 성과는 원고심사자로부터 블랙홀 질량 및 우주거리 측정 정밀도 향상의 필수방안으로서 학계의 환영을 받을 것이라는 평가를 받았다.

퀘이사가 발견되어 반세기 동안 그 우주거리 측정은 천문학계가 해결해야 할 어려운 과제로 남아있다. 유럽남방천문대(ESO)는 약 1억 유로를 들여 10년에 거쳐 GRAVITY(“중력”)장치를 개발한 다음 세계에서 가장 선진적인 초대형망원경간섭계(VLTI)에 장착하였다. 2017년부터 2018년 사이 GRAVITY 연구팀은 퀘이사 3C-273의 넓은 선 영역(Broad Line Region, BLR) 각지름이 46마이크로아크세컨드(μas, microarcsecond)임을 측정하였는데 이는 현재 활동성 은하핵(active galactic nucleus, AGN)의 BLR에 대한 최대 공간해상도 관측이다.

왕젠민 연구팀은 2012년부터 중국과학원 윈난천문대 리장(丽江)2.4m망원경을 이용해 활동성 은하핵의 BLR에 대한 장기적 스펙트럼 모니터링을 수행하였다. 연구팀은 반향 측량(reverberation mapping) 관측기술을 이용하여 최근 10년 동안 다양한 필수적 분석방법 및 소프트웨어를 체계적으로 개발하였다. 뿐만 아니라 최대 엔트로피, 마코프 체인 몬테카를로(Markov Chain Monte Carlo, MCMC) 등 방법을 통한 BLR의 물리적 축척/기체 기하학적 구조 및 동역학 상태 획득, 중심 블랙홀의 질량 측정을 구현함으로써 고정밀도 블랙홀 질량 및 우주거리 측정을 위해 기반을 마련하였다.

GRAVITY 연구팀이 퀘이사 3C-273 간섭관측 결과를 발표한 후 왕젠민 연구팀은 각자 독립적 관측 데이터 간의 상호보완성을 인식하였다. 즉, GRAVITY의 관측은 BLR의 개방각도지만 반향 측량 관측은 물리적 치수이기에 양자를 결합시켜 고정밀도 거리측정을 구현할 수 있다. 연구팀은 GRAVITY 간섭 데이터를 리장2.4m망원경과 미국 스튜어드(Steward) 천문대 Bok2.3m망원경의 10년 동안의 반향 측량 데이터와 결합시킨 다음 모델링 종합분석을 통해 3C-273의 각거리는 551.5MPC, 허블상수는 71.5km/s/Mpc임을 획득하였다.

3C-273은 지구와 약 20억 광년 떨어져 있는데 이는 세페이드변광성 거리측정 방법의 한계를 훨씬 초과한다. 왕젠민 연구팀은 GRAVITY/VLTI 관측과 반향 측량 관측을 결합시킨 분석을 통해 퀘이사 거리 직접적 측정을 구현함으로써 “허블상수 위기” 해결에 새 방법을 제공하였고 또한 우주의 기하학적 정밀 측도, 우주팽창속도 및 역사 연구를 위해 새 경로를 개척하였다.

현재 GRAVITY 연구팀과 왕젠민 연구팀은 공동 관측을 적극 추진해 샘플을 확충함으로써 후속 허블상수 측정 정밀도를 2% 위로 향상시킬 예정이다. 향후 5년에 차세대 GRAVITY 관측능력이 대폭 향상될 경우 허블파라미터(Hubble Parameter) 직접적 측정, 우주의 팽창역사 연구 및 우주론 모델에 대한 검증이 이루어져 우주론, 암흑물질, 암흑에너지 및 새 물리에 대한 심층적 인식이 넓혀질 전망이다.

67 Views