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국산 적외선우주망원경(MIRIS) 통해 얻은 우리은하면 관측자료로 숨겨진 별 생성 영역을 찾다- 세페우스 영역 수소방출선 천체 확인 2018-11-12
■ 한국천문연구원(원장: 이형목)은 국내에서 개발한 적외선우주망원경 다목적적외선 영상관측시스템(Multi-purpose InfraRed Imaging System, 이하 MIRIS)을 통해 얻은 우리은하면 수소방출선(파셴알파, Paschenα) 관측 자료를 분석해 숨겨진 별 생성 영역을 새롭게 찾았다. 한국천문연구원은 그 첫 번째 결과로서, 세페우스(Cepheus) 영역에서 발견된 파셴알파 방출 천체들의 목록을 발표했다. 

□ 은하의 물리?화학적 진화의 비밀에 중요한 단서가 될 수 있는 무거운 별의 생성 영역에는 전리수소영역*이 형성된다. 이러한 전리수소영역의 증거 중에 하나인 파셴알파 수소방출선의 관측은 기존의 다른 어떤 관측보다 더 많은 전리수소영역을 찾아낼 수 있는 장점을 가지고 있다.
* 전리수소영역 : 많은 양의 자외선을 방출하는 무거운 별 주변에 존재하는 이온화된 수소 기체로 이루어진 영역. 별 생성 영역과도 연관성이 높아 중요한 연구 대상이다.

□ 이온화된 수소에서 나오는 방출선 중에 하나인 파셴알파는 지구 대기에 흡수되기 쉬워 지상망원경이 아닌 인공위성을 활용한 우주망원경으로 관측해야 하는 어려움이 있다. 그래서 파셴알파의 관측 자료는 허블우주망원경으로 얻어진 자료가 대부분이다. 하지만 허블우주망원경은 고해상도에 최적화된 망원경이기 때문에 하늘의 넓은 부분을 차지하는 우리 은하를 탐사하기에는 부적합하다. 이에 한국천문연구원은 넓은 영역의 탐사 관측에 특화된 MIRIS를 개발해 2013년 11월 과학기술위성 3호에 실어 발사한 후, 약 1년의 관측 운영을 통해 우리은하면 전체에 대한 파셴알파 관측 자료를 세계 최초로 획득하게 됐다.

□ 이번에 발표된 연구 결과는 우리은하면 관측 자료 중에서 세페우스 영역에 대한 자료를 정밀 분석한 결과이다. 연구팀은 정밀하게 얻은 해당 영역의 영상으로부터 많은 파셴알파 방출 천체들을 발견했다. 이 중 크기가 큰 천체들은 대부분 전리수소영역으로 확인됐는데, 기존에 알려진 전리수소 영역 목록보다 약 1.5배정도 많은 60여 개에 달하는 숨겨진 전리수소영역을 새롭게 발견했다. 앞으로 연구팀은 이번 연구를 전체 은하면으로 확장하여, 더 많은 새로운 전리수소 영역을 찾아낼 예정이다. 

□ 이번 연구 결과는 천문학분야에서 가장 영향력 있는 국제 학술지인 ‘천체물리학 저널 증보(Astrophysical Journal Supplement Series) (영향력 지수: 8.6)’ 2018년 10월 5일자에 게재됐다. 
 
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그림 1. 우리은하면 전체 중 세페우스 영역(은경 96°116°)의 파셴알파 영상. 원과 타원은 이 영역에서 발견된 파셴알파 방출 천체들을 표시한 것이다

사각형으로 표시된 지역은 그림 2에서 지상망원경으로 얻은 H알파 영상과 비교했다


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그림 2. 전리수소영역 Sh2-131 부근에 대한 MIRIS 우주망원경(주경 8)으로 얻은 파셴알파 수소방출선 영상()과 아이작 뉴턴 지상망원경(주경 2.5m)으로 얻은 H알파 수소방출선 영상(). 성간 소광으로 인해 H알파 영상에서는 잘 보이지 않는 DA 568(좌측 하단 부분)은 파셴알파 영상을 통해 확실한 전리수소영역임이 처음으로 밝혀졌다. MIRIS는 크기가 작은 망원경임에도 불구하고 우주망원경으로 개발됨으로써 지상망원경을 뛰어넘는 결과를 전해 준다.


[참고 1. 용어 설명]

1. MIRIS(Multi-purpose InfraRed Imaging System, 다목적적외선 영상관측시스템): 한국천문연구원이 개발한 국내 최초의 적외선 우주망원경. 2013년 11월 발사한 과학기술위성 3호의 주탑재체이다. 약 15개월 동안 관측해 황도 북극, 은하 북극, 은하 남극 방향의 근적외선 우주배경복사와 우리은하면 전체의 파셴알파 수소선 자료를 얻었다. 기본적인 자료 처리과정을 완료 후 2017년 7월에 온라인 웹사이트를 통해 모든 관측 자료가 공개되었다.

- MIRIS 온라인 웹사이트: http://miris.kasi.re.kr/miris/

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사진 1. 한국천문연구원이 개발한 국내 최초의 적외선 우주망원경 MIRIS(다목적적외선 영상관측시스템) 모습. 

2. 파셴알파(Paschen alpha): 이온화된 수소가 재결합하면서 방출되는 수소방출선으로, 전리수소영역의 관측 수단 중에 하나이다. 파셴알파는 파장이 1.87㎛로서 지상망원경으로 많이 관측되는 또 다른 수소방출선인 H알파(파장 0.6563 ㎛)보다 긴 파장 때문에 성간 티끌에 의한 성간 소광의 영향을 덜 받는다. 따라서 지구로부터 멀리 있거나 분자구름 내부 깊은 곳에 있어서 H알파로는 잘 보이지 않는 전리수소영역을 연구하는 데에는 파셴알파가 더 유리하다. 세페우스 영역에서 기존에 알려진 전리수소 영역은 47개였는데 이번에 한국천문연구원 연구팀은 66개의 숨겨진 전리수소영역을 추가로 발견했다. 

3. 성간 소광: 별과 별 사이의 우주 공간은 완전한 진공이 아니며 미세한 고체 입자인 성간 티끌이 존재한다. 따라서 어떤 천체에서 방출된 빛이 지구까지 도달하는 동안 이 성간 티끌에 의해 흡수되거나 산란되어 그 세기가 감소하게 되는데 이러한 현상을 성간 소광이라 말한다.


[참고 2. 연구팀 및 논문]

○ 연구팀 

- 김일중(제1저자 및 교신저자, 한국천문연구원 우주천문그룹 선임연구원), 표정현(한국천문연구원 우주천문그룹), 정웅섭(한국천문연구원 우주천문그룹), 선광일(한국천문연구원 광학천문본부), 타카오 나카가와(Takao Nakagawa)(일본 ISAS/JAXA), 김민규(서울대 & 일본 Genesia Corporation), 박원기(한국천문연구원 우주천문그룹), 이대희(한국천문연구원 우주천문그룹), 이덕행(캐나다 요크대 & 한국천문연구원), 문봉곤(한국천문연구원 우주천문그룹), 박성준(한국천문연구원 우주천문그룹), 박영식(한국천문연구원 우주천문그룹), 토시오 마츠모토(Takao Nakagawa)(ISAS/JAXA & 한국천문연구원), 한원용(한국천문연구원 우주천문그룹)

○ 논문

- 게재지: 천체물리학 저널 증보 2018년 10월 5일자

- 제목: MIRIS Paα Galactic Plane Survey. I. Comparison with IPHAS Hα in l = 96°-116°


[문의]

☎ 042-865-2082, 우주과학본부 우주천문그룹 김일중 박사


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