제임스 웹 우주 망원경, 외계 행성 첫 직접 이미지 공개

 (smithsonianmag.com)
2P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • JWST 관측팀이 지구에서 약 111광년 떨어진 젊은 별 TWA 7 주변 잔해 원반에서 희미한 적외선 광원을 찾아냈고, 확인되면 망원경이 직접 발견한 첫 외계 행성이 됨
  • 수천 개의 알려진 외계 행성은 대부분 별 앞을 지날 때 생기는 그림자 같은 간접 방식으로 발견됐지만, 이번 연구는 직접 촬영으로 후보를 포착했다는 점이 다름
  • 연구진은 별빛이 행성보다 훨씬 밝은 문제를 코로나그래프와 고급 이미지 처리로 줄여 TWA 7 근처의 적외선 광원을 확인함
  • 후보 천체 TWA 7 b는 토성과 비슷한 질량, 약 화씨 120도, 지구-태양 거리의 약 50배 위치로 추정되며 배경 은하일 가능성은 약 0.34%임
  • 외계 행성으로 확인되면 잔해 원반 구조를 만드는 행성을 직접 본 사례가 되며, JWST가 기존 관측으로 접근하기 어려웠던 질량·거리 범위를 열 수 있음을 보여줌

TWA 7 주변에서 포착된 행성 후보

  • JWST 관측팀은 젊은 별 TWA 7을 둘러싼 잔해 원반 안에서 희미한 적외선 광원을 확인함
    • TWA 7은 지구에서 약 111광년 떨어져 있음
    • 연구진은 이 광원이 외계 행성일 가능성이 높다고 봄
    • 확인될 경우 JWST가 직접 촬영으로 새 외계 행성을 발견한 첫 사례가 됨
  • 이번 연구는 Nature에 발표됨
  • JWST는 2023년 1월 잠재적 외계 행성의 기존 발견을 확인한 적은 있지만, 이번 연구는 직접 촬영으로 새 외계 행성을 찾아낸 사례로 구분됨

직접 촬영 방식과 관측 결과

  • 외계 행성을 직접 촬영하기 어려운 이유는 항성의 밝기가 주변 행성의 희미한 빛을 압도하기 때문임
  • 연구진은 JWST의 코로나그래프로 강한 별빛을 차단하고, 남은 빛 번짐은 고급 이미지 처리로 제거함
  • 그 결과 TWA 7 근처에서 희미한 적외선 광원이 드러났고, 후보 천체는 TWA 7 b로 불림
    • 질량은 토성과 비슷한 수준으로 추정됨
    • 온도는 약 화씨 120도로 초기 관측됨
    • 별과의 거리는 지구-태양 거리의 약 50배임
    • 잔해 원반의 세 먼지 고리 중 하나의 틈 안에 위치함
    • 배경 은하일 가능성은 약 0.34% 임
  • TWA 7은 지구에서 잔해 원반을 정면으로 볼 수 있어 오래전부터 관심 대상이었고, 이전 연구들은 원반의 틈을 통해 아직 발견되지 않은 행성의 존재를 간접적으로 시사했음
  • 연구진은 컴퓨터 모델로 잠재적 행성계를 시뮬레이션했고, 그 결과 이미지가 JWST 관측 이미지와 맞아 신뢰도를 높였음
  • TWA 7 b의 질량은 지금까지 직접 촬영된 외계 행성보다 약 10배 가벼운 수준으로, JWST 장비의 관측 능력을 보여주는 사례가 됨
  • 이 광원이 실제 외계 행성으로 확인되면, 별 주변 잔해 원반을 형성하는 행성과 직접 연결된 첫 발견이 됨
  • JWST는 외계 행성의 질량과 별까지의 거리 측면에서 이전 관측으로 접근하기 어려웠던 범위를 열어, 외계 행성계의 다양성과 형성·진화를 이해하는 데 쓰일 수 있음

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들
  • 궁금해할 사람이 있을까 봐 말하면, 이 행성이나 어떤 외계 행성이든 1픽셀을 넘는 이미지로 얻기까지는 아직 매우 멀었음
    110광년 거리에서 이 행성을 100×100픽셀, 즉 작은 아이콘 정도 해상도로 찍으려면 지름 약 450km 망원경이 필요함. 이는 빛의 파장에 따른 물리적 한계임
    최선은 450km 떨어진 두 노드를 가진 우주 기반 광학 간섭계를 만들고, 이를 1파장 단위로 동기화하는 것인데 공학적으로 매우 어려운 과제임

    • 그보다 더 잘할 수도 있음. 태양을 중력 렌즈로 쓰고[1], 542AU의 초점 위치에 탐사선을 두면 98광년 떨어진 행성 표면을 25km 규모 해상도로 볼 수 있음[2]
      엄청나게 크고 오래 걸리는 일이겠지만, 현재 인류의 기술 역량 안에 있는 것처럼 보임

      1. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_gravitational_lens

      2. https://www.nasa.gov/general/direct-multipixel-imaging-and-s...

    • 이 생각을 더 밀고 가면 페르미 역설의 여러 가능한 해법이 사라짐
      나처럼 문명의 미래가 Dyson Swarm이라고 본다면, 금성과 화성 궤도 사이쯤 태양 주위에 수억 개의 궤도 구조물이 생기게 됨. 그래도 평균 간격이 약 10만km라서 붐비지도 않음
      왜 그렇게 하느냐고 자주 묻는데 이유는 간단함. 단위 질량당 토지 면적과 에너지 때문임. 인구 100억 명이라면 각자 아프리카만 한 땅을 갖고, 지구에 도달하는 태양 출력 정도의 에너지 예산을 갖게 되는, 정말 상상하기 어려울 만큼 큰 에너지 규모임
      그러면 폭 450km 망원경이 아니라 최대 약 4억km 떨어진 궤도 구조물들을 쓰게 됨. 아주 먼 세계를 보는 해상도는 상상할 수 없을 만큼 높아짐
      그래서 고등 문명은 숨어 있을 수 있다는 식의 페르미 역설 해법은 약해짐. K2 문명으로부터는 숨을 수 없음

    • 4.37광년 떨어진 Alpha Centauri 계를 찍으려면 망원경·거울·렌즈가 얼마나 커야 할까?
      또 넓은 영역을 “스캔”한 뒤 여러 작은 이미지를 합성해서 이미지를 만들 수 있을까?

    • 태양 주위를 도는 지구 궤도에 우주 기반 망원경 배열을 균등하게 배치하고, 태양에 가려 지구와 직접 통신하지 못하는 망원경끼리는 서로 중계하게 하면 정말 멋질 듯함
      그러면 태양계 궤도면 밖을 관측할 때 2AU 합성 구경을 쓸 수 있음. 어쩌면 중력파 관측소 역할도 겸할 수 있을지 모름
      물론 지금은 과학보다는 공상과학에 더 가깝지만, 언젠가 그런 것을 만들 수 있다는 정도는 그럴듯함

    • 또는 450km 떨어진 두 개 이상의 망원경을 쓰면 됨:

  • 연구의 주저자인 Anne-Marie Lagrange라는 이름은 천체물리학자에게 너무 잘 어울림
    Lagrange 점의 이름이 된 인물과 먼 친척인지 궁금함. https://en.wikipedia.org/wiki/Lagrange_point
    참고로 지금까지 A-M Lagrange를 몰랐지만, 커리어가 정말 대단함: https://en.wikipedia.org/wiki/Anne-Marie_Lagrange

    • Scopus에는 Lagrange라는 이름을 가진 사람의 프로필이 390개 있음. 아주 흔한 성은 아니지만 드물지도 않고, 그중 일부는 Joseph-Louis의 후손이든 아니든 학계에 들어가게 마련임

    • 나도 딱 그렇게 생각했음. 아마 또 이름 결정론이 작동한 듯함

    • 실제로 JWST는 L2를 공전함!

      https://webbtelescope.org/contents/media/images/01F4STZH25YJ...

  • 예전에는 JWST에 회의적이었음. 조금 기다렸다가 더 저렴한 대형 발사체와 계산 이미징 발전을 활용했다면 더 나은 과학 투자가 됐을 거라고 생각했음
    하지만 이것은 과학을 위한 대성당 건설의 정점임. 우주를 처음 이해한 순간부터, 신이 만든 우주의 중심이라는 긴 꿈에서 깨어난 순간까지 쌓아 올린 모든 돌이 지금의 학문을 만들었고, 이제 우리는 발을 디딜 수 있는 다른 구뿐 아니라 그런 구들로 이뤄진 다른 계 전체를 상상하고 실제로 볼 수 있게 됨
    정말 장엄함
    • 그렇게 생각하면 왜 아무것이나 해야 하나?
      이 논리는 거의 모든 것에 적용할 수 있음. 더 나은 것은 곧 올 테니 그냥 기다리자는 식이 됨
      JWST를 만들면서 얻은 다른 발전들도 분명 있었고, 그런 기술이 이론상의 더 나은 망원경에 적용될 수 있을 것임
  • “새로 검출된 적외선원이 배경 은하일 가능성도 약간 있다”는 부분은, 이 작업이 어렵다는 건 이해하지만 오차의 규모가 재미있음
    “무언가 사진을 찍었다고 생각했는데, 사실은 훨씬 멀리 있는 훨씬 더 큰 것 수십억 개였을 수도 있다”는 셈임
    • 시간이 지나면 궤도 운동으로 두 가능성을 구분할 수 있을 것임
      다만 작은 편인 별 주위를 50AU 궤도로 돈다면 꽤 오래 걸릴 수 있음
  • 111광년이라는 거리를 다르게 감각화하면, Voyager 탐사선들은 아직 지구에서 1광일도 지나지 못했음
  • 이 기법의 또 다른 멋진 점은 밝은 별에서 멀수록 행성을 보기 쉬워서, 별에서 멀리 떨어진 행성에 유리하다는 것임
    반대로 현재 기법들은 가까운 행성에 치우쳐 있음. 도플러 이동과 광도 곡선 방식은 둘 다 별 가까이 도는 행성을 잘 검출함
    두 기법을 함께 쓰면 행성 분포를 더 잘 파악하게 될 것임
  • “관측을 더 뒷받침하기 위해 Lagrange와 동료들은 잠재적 행성계를 시각화하는 컴퓨터 모델을 돌렸고, 시뮬레이션 이미지는 망원경이 포착한 이미지와 일치했다. ‘그래서 행성이 있다는 데 정말 확신할 수 있었다’”는 대목은, 이 작업 자체는 좋아하고 실제 외계 행성 이미지라는 데 의심할 이유도 없지만 이런 모델링은 가설을 뒷받침하는 근거로 꽤 약하다고 봄
    모델은 가정으로 만들어지고, 그 가정은 기대의 영향을 받음. 모델은 자료가 아님
    • 모델이 어떻게 만들어졌고 어떻게 쓰였는지에 따라 다름. 이상적으로는 가능한 관측의 대다수가 모델에 맞지 않기를 기대함
      그런데 실제 관측이 맞아떨어진다면 예상한 대상을 보고 있다는 강한 신호가 됨. 반대로 맞지 않을 때는 모델이 약간 틀린 것인지도 확신할 수 없음
  • HN 제목은 미묘하게 틀렸음. 이것은 JWST가 찍은 첫 외계 행성 직접 이미지가 아님. 3월 기사에도 JWST의 여러 외계 행성 이미지가 나와 있음: https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-images-you...
    원문 제목 “The James Webb Space Telescope Reveals Its First Direct Image Discovery of an Exoplanet”에서 핵심 단어인 “discovery”가 빠졌음. 즉, 직접 이미징으로 이전에 몰랐던 행성을 처음 발견했다는 뜻임
    • 이제 제목에 discovery를 넣었음
      제출 제목은 “James Webb Space Telescope reveals its first direct image of an exoplanet”였고, 아마 HN의 80자 제목 제한에 맞추려는 선의의 시도였을 것임. 지금은 JWST로 줄여서 맞췄음
  • JWST는 공학의 경이임. 동시에 1990년대의 가장 강력한 로켓들이 감당할 수 있는 제약에 맞춰 설계된 기계이기도 함
    이제 거대한 페어링을 가진 여러 초대형 발사체가 개발 중이니, 미래 망원경이 얼마나 강력해질지 상상해 보면 됨
    • 언젠가 충분히 강력한 망원경이 생겨서, 미생물을 발견한 Van Leeuwenhoek처럼 은하 규모의 Van Leeuwenhoek 순간이 오면 좋겠음. 어느 날 갑자기 은하가 우주선으로 들끓는 것을 보게 되는 순간 말임
    • 아직 검증되지 않은 발사체를 전제로 JWST급 탑재체를 만들겠다고 정하기는 어려움
      10년 단위로 계획하는 임무를 띄우려면 “개발 중”인 것이 검증될 때까지 기다리고 싶을 것임
    • 맞음. 쌍둥이 한두 대를 동시에 개발하지 않은 게 아쉬움. 추가 비용은 크지 않았을 텐데, 이제는 발사할 SpaceX 로켓도 있음
  • 정말 흥분되는 일임. 언젠가 이런 발견을 더 높은 해상도의 이미지로 받을 수 있을 것 같음. 이 분야를 더 잘 아는 사람이 의견을 보태주면 좋겠음
    우리가 처음으로 지구 같은 외계 행성을 직접 관측 사진으로 얻게 되는 순간은 역사적 전환점이 될 것임
    • 그 일은 태양 중력 렌즈로 하게 될 것임. 최근 NASA 논문이 있음
      기본적으로 목표 외계 행성의 반대 방향으로 탐사선을 550AU 너머에 보내고 태양을 향하게 하면, 태양 주위에 있는 그 행성의 왜곡된 고해상도 사진을 얻을 수 있음. 이후 알고리즘으로 일반 사진처럼 복원할 수 있음
      이동 시간은 수십 년일 가능성이 크고, 제작 기간도 오래 걸릴 것 같음. 그래도 40~100년 안에는 ‘가까운’ 외계 행성들의 HD 이미지를 많이 볼 수 있을지도 모름. 그때까지 살아 있다면 정말 엄청나게 들뜰 것 같음
    • Nancy Grace Roman Space Telescope는 기술 시연기로서 더 나은 코로나그래프를 탑재할 예정임. 이 기술을 개선하는 방법이 계속 나오고 있음
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