우리나라 최초 천문관측위성 통해

태양에서 가장 가까운 분자구름 발견

 - 원자외선 방출선으로 발견된 분자구름 ‘EOS’

 - NASA와의 협력 연구 결과…22년 전 관측 데이터의 긴 수명 증명 

□ 한국천문연구원(원장 박장현, 이하 천문연)이 참여한 국제공동 연구진은 우리나라 최초의 천문관측위성을 통해 태양에서 가장 가까운 분자구름(이하 분자운, dark molecular cloud)을 최초로 발견했다. 

□ 연구진은 2003년에 발사된 과학기술위성 1호의 주탑재채인 원자외선분광기(이하 FIMS; Far-ultraviolet IMaging Spectrograph) 자료를 이용해 새로운 분자운을 발견하고 EOS*라고 명명했다. 이는 원자외선 수소분자 방출선으로 발견된, 태양에서 가장 가까운 분자운이다. 해당 분자운은 지구로부터 약 310광년 떨어져 있으며, 태양을 둘러싸고 있는 뜨거운 국부거품(Local Bubble)의 경계에 위치한다. 

   ※ EOS: 수소분광 방출선으로 우리은하 분자운을 관측하기 위한 연구프로젝트의 이름이면서, 동시에 이번에 발견한 분자운에 명명한 이름. 그리스 신화 속 새벽의 여신 이름에서 착안했다. 

그림 1. 이번에 태양에서 가장 가깝게 발견된 분자운 EOS의 거리. 태양으로부터 약 310광년 떨어져 있다.

그림 2. FIMS 원자외선 수소분자 형광 방출선 전천 지도(왼쪽)와 이번에 새로 발견된 분자운 EOS 부분 확대 영상(오른쪽).

□ FIMS는 지난 2003년 발사된 과학기술위성 1호에 탑재돼 원자외선 파장대의 전천 지도를 만들었다. 우주공간의 대부분을 채우고 있는 고온 기체와 차가운 기체의 경계에서는 강한 원자외선이 관측되는데, 이를 통해 물질의 순환을 가장 잘 알 수 있다. 또한 우주에서 가장 흔하게 존재하는 수소분자는 별이 탄생하는 지역을 찾을 수 있는 중요한 원소이지만, 원자외선을 제외한 다른 파장에서는 관측이 어렵다. 이 연구에서는 전파 등 다른 파장으로는 볼 수 없는 분자운의 존재를 발견했다.

□ 해당 연구는 NASA의 소형망원경(SMEX) 미션에 제안된 수소분자 형광방출선 관측을 통해 우리은하의 분자운 관측 프로젝트를 수행하던 EOS 연구팀이 이끌었다. EOS 연구팀은 FIMS의 원자외선 관측자료를 통해 특이한 수소 분자운을 발견했으며 추가로 다파장 관측자료를 활용해 이 분자운의 위치, 질량, 별 탄생 가능성 등을 확인했다. 천문연 연구진이 참여한 해당 논문은 천문학 분야 최상위급 학술지인 네이처 아스트로노미(Nature Astronomy Journal) 4월 28일자에 게재됐다.

□ 해당 연구에 참여한 천문연 조영수 책임연구원은 “우주에 있는 다양한 물질의 분포나 상호작용을 파악하기 위해서는 다파장 관측이 필요한데 그동안 기술상의 한계로 원자외선 관측 시도가 적었다”며 “지금까지도 희소한 FIMS의 원자외선 분광 자료를 기반으로 한 이번 연구결과가 우리은하 별 탄생 연구에 중요한 단서가 된다”고 말했다.

□ FIMS 개발을 주도했던 천문연 선광일 책임연구원은 “20년 전에 관측한 데이터가 현재 시점에서도 유용하다는 점에서 뿌듯하고, 전천 탐사 관측 데이터의 중요성을 다시금 실감했다”며 “곧 본격 관측을 시작하는 스피어엑스 및 K-DRIFT 등 전천 관측 우주망원경과 함께 관련 연구를 이어나갈 예정이다”고 밝혔다. (보도자료 끝. 참고자료 있음.)

[참고 1] 그림 및 참고 영상

○ 원자외선분광기 FIMS

왼쪽 FIMS 실물 사진(출처: 한국천문연구원)과 오른쪽 FIMS가 실린 과학기술위성 1호 모습. 위성체의 위에서 1/4-1/2 구간에 FIMS가 실려있다. (출처:인공위성연구소)

○ EOS 동영상

동영상 다운로드: http://210.110.233.66:8081/api.link/3d_baLoKG7vHWuEI_sI~.mp4

영상 설명: 태양을 둘러싼 뜨거운 국부거품(local bubble)의 3차원 형상과 그 주변을 둘러싸고 있는 다양한 기체 물질들의 형상 그리고 이번에 새로 발견된 분자운 EOS의 위치. 관측을 위해 사용된 자료들을 동영상으로 제작했다. 

[참고 2] 참고 설명 

○ 원자외선분광기(FIMS; Far-ultraviolet IMaging Spectrograph)

우리나라 최초의 우주망원경으로 과학위성 1호(STSAT-1)의 주탑재체로 2003년 발사됐다. FIMS는 발사 후 2년간 우주공간에서 활동하면서 세계 최초로 원자외선 영역에서의 전천지도를 작성하고, 우리은하 내부에 산재하는 고온 가스체의 구조와 분포 및 물리적 성질을 규명하는 연구에 활용됐다. FIMS의 대부분은 순수한 국내 기술력이며, 한국천문연구원과 한국과학기술원이 개발했고, 캘리포니아 버클리대학이 공동으로 참여했다. NASA는 FIMS 관측 자료가 중요한 가치를 가짐에 따라 천문관측위성 자료를 보존하는 MAST(Milkulski Archive Space Telescopes)에 저장해 전 세계 천문학자들이 활용할 수 있도록 했다.

※ FIMS 개발자:  한원용, 남욱원, 박장현, 육인수, 선광일, 진호, 이대희 (KASI), 민경욱, 선종호, 유광선, 이진근 (KAIST), Jerry Edelstein, Eric Korpela, Kaori Nishikida (U.C. Berkeley) 등이다.

○ 분자운 

주로 수소분자로 이루어진 성간운이다. 성간운의 밀도가 아주 많이 높아지면 수소는 원자가 아니라, 원자 두 개가 결합한 분자 상태로 존재할 수 있는 분자운이 된다.

○ 국부거품(Local Bubble)

대략 300~500광년의 크기를 갖고 태양계를 포함하고 있는 뜨겁고(약 100만도), 희박한(1cm3당 0.05개의 원자) 기체로 구성된 공간을 말한다. 지난 1천만 년 전에서 2천만 년 사이에 발생한 여러 번의 초신성 폭발이 주변의 성간 물질을 밀어내어 밀도가 낮고 온도가 높은 거품을 형성했다고 알려져 있다.

[참고 3] 논문 및 연구팀 

○ 게재논문 정보

- 제목: A Nearby Dark Molecular Cloud in the Local Bubble Revealed via H2 Fluorescence

- 게재지 : Nature Astronomy Journal

- 게재일 : 2025년 4월 28일

○ 연구팀

- Blackesley Burkhart/미국 럿거스(Rutgers)대학, 조영수, 한원용, 이민영, 선광일/천문연 외 18명