한국천문연구원이 강원도 서울대 평창캠퍼스에 건설 중인 한국우주전파관측망(KVN) 4호기 서울대 평창 전파망원경(이하 KVN 평창 전파망원경)의 첫 230GHz 신호를 성공적으로 검출했습니다. KVN 평창 전파망원경은 내년부터 기존 KVN 망원경 3기와 더불어 EHT 프로젝트에 참가해 초대질량 블랙홀 관측에 직접 참여할 예정인데요. EHT(사건지평선망원경, Event Horizon Telescope)이란 전 세계에 산재한 전파망원경을 연결해 지구 크기의 가상 망원경을 만들어 블랙홀의 영상을 포착하려는 국제협력 프로젝트이자 이 가상 망원경의 이름입니다.
KVN 평창 전파망원경은 기존 KVN 망원경의 관측 주파수 대역을 포함해 최고 270GHz에 이르는 고주파수 우주전파신호를 관측할 수 있는 세계 최초 5채널(22/43/86/150/230GHz) 수신시스템입니다. 지난 10월 100GHz 대역에서 오리온성운 일산화규소(SiO) 분자선을 성공적으로 검출한 데 이어, 가장 높은 주파수 대역인 230GHz 대역에서도 첫 신호(First Light)로 오리온성운 일산화탄소(CO) 분자선 검출에 성공했습니다.
KVN은 2009년 완공된 이후 KVN 단독 관측을 비롯해 한일 VLBI 관측망(KaVA, KVN and VERA Array), 동아시아 VLBI 관측망(EAVN, East Asian VLBI Network), 유럽 VLBI 관측망(EVN, European VLBI Network), 국제 밀리미터 VLBI 관측망(GMVA, Global Millimeter VLBI Array) 등 전 세계 전파망원경들과 활발한 국제공동관측 및 국제협력 연구를 수행해왔습니다. 최근에는 사상 최초 M87 블랙홀 관측과 우리은하 중심 궁수자리 블랙홀 관측에 기여했죠.
특히, 천문연이 독자 개발한 KVN 다주파수 동시관측 수신시스템은 현재 전 세계 여러 전파망원경에 도입돼 국제 표준으로 자리 잡아 가고 있습니다. 2022년에는 이탈리아 국립천체물리연구소에 3기를 수출했으며, EHT 전파망원경을 비롯해 차세대 블랙홀 관측을 위한 거대 국제공동연구 프로젝트인 차세대 EHT 프로젝트(ngEHT)의 핵심 관측 시스템으로 채택됐습니다. ngEHT는 차세대 사건지평선망원경(next generation Event Horizon Telescope) 프로젝트로 기존 EHT 전파망원경을 확장하고 성능을 향상시켜 초대질량 블랙홀의 동영상 촬영을 비롯하여 블랙홀과 그 주변 환경에 대한 보다 깊은 이해를 목표로 합니다.
KVN 평창 전파망원경은 2024년 상반기 시범운영을 거쳐 하반기부터 본격적인 관측 운영을 시작할 예정인데요. KVN 전파망원경이 3기에서 4기로 늘어나면 천체 관측의 영상 성능이 2배 이상 향상돼 우주 초미세구조 연구에 크게 기여할 것으로 예상합니다.
한국천문연구원 김기태 전파천문본부장은 “평창 전파망원경 건설로 동아시아 및 국제 밀리미터 VLBI 관측망에서 KVN의 위상이 더 높아지고, EHT 관련 국제협력에서 한국 연구팀의 역할이 더 중요해질 것이다”고 말했습니다.
전파망원경 건설을 담당한 위석오 박사는 “230GHz 관측을 위해서는 전파망원경 주경면을 설계된 곡면과 일치하도록 정밀하게 구현하는 것이 핵심 기술인데, 이에 필요한 주요 정밀 부품을 순수 국내 기술로 제작하고 설치했다. 이는 천문연과 관련 국내기업((주)하이게인안테나)의 창의적인 도전의 결과”라고 밝혔습니다.
평창 전파망원경 건설 사업 책임자인 변도영 책임연구원은 “다주파수 동시관측 기술은 고주파수(밀리미터/서브밀리미터) VLBI 관측 시스템 성능을 결정하는 핵심 기술로, 평창 전파망원경에서 얻게 될 230GHz 다주파수 동시관측 위상 보정 결과는 전 세계 여러 천문대로부터 많은 주목을 받을 것이다”고 언급했습니다.
#용어설명
[1] 한국우주전파관측망(KVN, Korean VLBI Network)
KVN은 서울, 울산, 제주, 평창에 있는 직경 21m 전파망원경 4기로 구성된 초장기선 전파간섭계(VLBI: Very Long Baseline Interferometry)로 우리나라 크기 만한 가상의 큰 망원경을 구현하여 높은 분해능을 얻을 수 있다. 이를 통해 블랙홀이나 활동성은하핵, 별의 탄생과 사멸 지역과 같은 우주의 초미세 구조를 세밀하게 관측할 수 있다.
[2] 초장기선 전파간섭계(VLBI, Very Long Baseline Interferometry)
수백~수천 킬로미터 떨어진 여러 대의 전파망원경으로 동시에 같은 천체를 관측하여 전파망원경 사이의 거리에 해당하는 구경을 가진 거대한 가상의 망원경을 구현하는 방법이다.
[3] KVN 서울대 평창 전파망원경
KVN 평창 전파망원경은 국내 기술로 제작된 첫 230GHz 전파망원경으로 ㈜하이게인안테나가 제작을 맡았다. 최대 150GHz 대역까지만 관측할 수 있었던 기존의 KVN 전파망원경과 동일한 크기와 디자인을 도입했지만, 망원경 주경과 부경의 정밀도를 크게 향상시켜 230GHz 대역에서도 구경효율 30% 이상을 얻을 수 있도록 설계되었다. 측정된 천체 추적 정밀도는 ~2.2 각초*, 금성을 관측하여 측정한 구경효율**은 ~39%로 230GHz 대역에서 세계적으로 경쟁력 있는 전파망원경 성능을 보인다.
* 1 각초는 3600분의 1도이다.
** 구경효율(aperture efficiency)은 망원경이 수신하는 전파 신호의 양을 이론적인 최대 수신량과 비교한 비율이다.
