제임스 웹 우주 망원경, 외계 행성 첫 직접 이미지 공개

• 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 가 태양계 밖 행성을 직접 촬영한 첫 사례로 기록됨
• 연구진은 주성의 강한 빛을 차단해 희미한 적외선 신호를 감지, 해당 천체를 외계 행성 후보로 판단함
• 이 행성은 토성 질량에 가깝고 항성 TWA 7을 50배나 멀리서 공전함
• 망원경 특유의 코로나그래프와 이미지 처리 기술로 기존 간접적 발견법과 달리 직접 이미지를 확보함
• 이번 발견은 외계 행성계의 다양성과 진화 이해에 중요한 전환점으로 평가됨

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제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 첫 외계 행성 직접 촬영

적외선 신호 감지 및 외계 행성 후보 발견

• 천문학자들은 JWST를 통해, 지구에서 약 111광년 떨어진 어린 별 TWA 7 주변의 잔해 원반 구조에서 희미한 적외선 광원을 발견함
• 이 광원은 아직 공식적으로 기록되지 않은 외계 행성일 가능성이 높고, 확인될 경우 JWST가 직접 촬영한 최초의 외계 행성 사례가 됨

기존 간접적 발견법과 새로운 직접 촬영의 의미

• 지금까지 발견된 대부분의 외계 행성은 행성이 별 앞을 지나면서 생기는 미세한 그림자 등 간접적 탐지 방법으로 확인되어 왔음
• 새로 발표된 논문에 따르면, 이번이 제임스 웹 우주 망원경이 직접 이미지를 촬영한 첫 사례로 기록됨

관측 방식과 코로나그래프의 역할

• 먼 별 주변 행성은 보통 중심 별 빛에 가려 확인이 매우 어려움
• 연구진은 강한 별빛을 차단하는 코로나그래프를 활용해 주변의 희미한 천체를 관측했으며, 고급 이미지 처리로 남은 눈부심도 제거함
• 이로써 TWA 7 주변의 약한 적외선 광원이 직접 이미지로 촬영됨

후보 행성(TWA 7 b)의 특성과 의미

• 관측된 적외선 광원이 배경 은하일 확률은 약 0.34% 에 불과해, 대부분의 증거가 TWA 7 b라는 새로운 외계 행성임을 시사함
• 토성과 비슷한 질량이며, 세 개의 먼지 띠 중 틈새 부분에서 약 120도(화씨)의 온도로 존재함
• 별과의 거리는 지구-태양 거리의 50배임
• 해당 행성의 위치와 질량이 잔해 원반 형태에 영향을 준 것으로 보여, 외계 행성이 원반 구조를 형성하는 과정에 대한 발견도 포함됨

시뮬레이션과 추가적 검증

• 연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 외계 행성계의 모습을 시각화했으며, 망원경 이미지와 높은 정합도를 보임
• 이를 토대로 행성 존재에 대한 신뢰도를 높임

외계 행성계 연구의 새로운 지평

• 이번 촬영은 토성 질량급 외계 행성의 직접 이미지화에서 중요한 진전을 나타냄
• 제임스 웹 우주 망원경의 탁월한 성능이, 기존 기술로는 접근이 어려웠던 저질량·원거리 외계 행성의 탐색에 새로운 가능성 제시함
• 이러한 발견은 외계 행성계의 형성과 진화 과정에 대한 이해 증진에 기여함

결론

• Lagrange 박사는 이번 결과가 "이 질량의 행성을 예상한 바로 그 위치에서 찾을 수 있었다"며, JWST의 관측력이 외계 행성 연구의 새로운 창을 열었다고 평가함
• 더 많은 직접 관측을 통해 행성계 다양성과 그 진화 방식에 대한 연구가 더욱 활발히 진행될 것임

[GN⁺]

Hacker News 의견

• 혹시 궁금해하는 사람이 있을까 해서 말하는데, 우리가 이 행성(혹은 어떤 외계 행성)도 1 픽셀 이상으로 찍을 수 있는 이미지를 얻으려면 아직 갈 길이 멀다는 사실을 설명하고 싶음
  110광년 거리에서 이 행성을 100x100픽셀(작은 아이콘 크기)로 찍으려면 지름이 약 450킬로미터 짜리 망원경이 필요함
  이건 빛의 파장에 따라 정해진 물리적 한계임
  최고로 해볼 수 있는 방법이라면 우주에 두 개의 노드를 450킬로미터 떨어뜨려놓고 파장 하나만큼 동기화된 광학 간섭계를 만드는 것인데, 이건 정말 까다로운 엔지니어링 과제임

  • 그보다는 더 좋은 방법이 있음
    태양을 중력렌즈로 쓰고, 542AU(천문단위) 지점에서 탐사선을 배치한다면 98광년 떨어진 행성 표면을 25킬로미터 단위로 분해능을 낼 수 있음
    엄청 방대하고 긴 작업이 되겠지만, 인류의 현재 기술로도 불가능하지 않은 범주에 들어감
    참고: Solar gravitational lens - 위키피디아
    관련 NASA 미션 설명: Direct multipixel imaging and spectroscopy of an exoplanet with a solar gravitational lens mission

  • 만약 인간의 눈에 보이는 파장으로 이미지를 얻어야 한다는 조건을 포기한다면, 전파망원경으로 이미지화가 가능함
    이미 이런 능력을 가지고 있지만, 전파 간섭계의 한계는 엄청나게 큰 개구면을 가질 수 있지만 대비(contrast)가 매우 낮아진다는 점임
    별에서 오는 신호를 다 빼내고 나면 행성 신호는 잡음에 묻힐 것으로 예상함
    광학 간섭계로 해도 같은 문제가 생김

  • LIGO(유명한 중력파 탐지기)는 4km 길이의 두 팔로 구성됨
    LIGO 공식 페이지를 보면 가장 민감할 때는 거울 사이의 거리를 양성자 너비의 1/10,000만큼 변화하는 것도 감지할 수 있음
    이건 인간 머리카락 굵기만큼 가까운 별(4.2광년 거리)까지의 거리 변화를 포착하는 것과 같다고 함
    그래서 두 망원경을 450km 떨어뜨려놓고 단순히(농담) 가시광 파장 수준으로 동기화하는 것도 돈만 퍼붓는다면 할 만하다고 생각함

  • 알파 센타우리(4.37광년 거리) 계에서 뭔가를 촬영하려면 망원경이나 거울, 렌즈는 얼마나 커야 할지 궁금함
    또한 큰 지역을 스캔해서 여러 작은 이미지를 조합해 이미지를 만드는 방식이 가능한지도 궁금함

  • 내가 말한 1픽셀짜리 외계 행성 이미지는 거짓이라고 하는지 궁금함
    링크된 웹사이트의 이미지는 1픽셀보다 크다고 주장하면서, 진짜/가짜 논란을 제기함

• HN 제목에 미묘한 오류가 있음
  이건 JWST가 찍은 외계 행성의 첫 번째 직접 이미지는 아님
  2023년 3월 JWST가 촬영한 여러 외계행성 이미지 관련 NASA 기사가 있음
  원래 기사에서 “direct image discovery”에서 discovery(발견)이란 키워드는 빠졌음
  즉, 이번이 기존에 몰랐던 외계 행성을 직접 이미징으로 “처음 발견한” 사례임

• Anne-Marie Lagrange 연구 책임자가 진짜 멋진 이름이라 생각하면서, 혹시 라그랑주 포인트의 이름과 연관이 있을지 궁금증
  라그랑주 포인트가 뭔지 설명하는 위키 링크
  이 과학자를 처음 알게 되었지만, 경력이 대단함
  Anne-Marie Lagrange 위키 링크

  • "Lagrange"라는 성씨가 너무 과학에 잘 어울리는 이름이라고 말한 데 대해 Scopus에는 Lagrange란 이름을 가진 연구자 프로필이 390개나 나오는 점을 언급
    인기 있는 성씨는 아니지만 그리 드문 이름도 아니어서, Joseph-Louis 라그랑주의 직계든 아니든 학계에 여러 명이 있음

  • 나도 똑같은 생각을 했음
    이름과 직업의 연관성이 또 나타난 예시라는 nominative determinism(이름이 운명을 좌우한다는 효과) 사례라 생각함

• Lagrange 연구진이 컴퓨터 모델 시뮬레이션으로 가능성 있는 행성계 이미지를 만들었고, 망원경으로 찍은 실제 모습과 일치했다는 점에서 행성임을 자신했다는 대목을 인용
  이런 연구가 멋지고 의심할 이유도 없지만, 이런 식의 모델은 가설을 뒷받침하기엔 약한 증거임
  모델은 가정과 기대에 의해 만들어지기 때문에 데이터 그 자체는 아님

• 새로운 적외선 신호가 배경 은하일 수도 있다는 설명을 인용
  이 정도 수준의 불확실성이 익살스럽게 느껴짐
  “뭔가를 찍은 것 같은데, 사실은 훨씬 더 크고 멀리 있는 수십억 개의 물체들일 수도 있다”는 식의 오차 규모임

  • 시간이 지나면 행성(궤도 운동) 움직임 때문에 두 경우를 구별할 수 있을 것이라 생각함
    다만 50AU 거리에서 작은 별을 공전한다면 한참 걸릴 것으로 예상함

• JWST는 엔지니어링의 경이로움임
  동시에 1990년대 로켓 파워 한계에 맞춰 설계된 기계라 최신 초대형 발사체들이 계속 개발되면서 미래의 우주망원경이 훨씬 발전할 것이라 상상함

  • 내 꿈은 언젠가 'Van Leeuwenhoek 모먼트’(현미경으로 미생물 세계가 보였던 경험)에 가까운 지점까지 망원경이 발전하는 것임
    그 때는 은하계 곳곳에 우글거리는 우주선들을 한눈에 볼 수 있을 거라 상상함

  • 동시에 JWST 쌍둥이 혹은 더 많은 기기를 개발했다면 부가 비용도 아주 크지 않았을 텐데 아쉽다는 생각
    이제는 SpaceX 로켓도 있으니 더 대담한 시도를 해볼 만함

  • 아직 검증되지 않은 발사체를 전제로 JWST급과 같은 대형 페이로드를 개발하기는 쉽지 않음
    수십 년짜리 미션을 기획하기 전에 “개발 중” 상태에서 검증이 끝날 때까지 기다려야 한다는 점이 현실임

• 이번에 사용한 관측 기술이 행성이 별에서 멀어질수록 더 쉽게 발견할 수 있도록 편중되어 있다는 점이 흥미로움
  이와 달리 도플러 이동이나 빛 곡선(light curve) 방식 등 현재 널리 쓰이는 기술은 별 가까이 붙어 있는 행성 탐지에 유리함
  양쪽 방법을 함께 쓰면 행성의 분포를 더 잘 알 수 있을 것임

• 이미 직접 촬영된 외계 행성이 이렇게 많다는 건 저도 처음 알았음
  지금까지 직접 관측된 외계행성 목록 위키 링크
  JWST의 성과를 깎으려는 건 아니고, 어느 하나도 대단하지 않은 게 없음

• 기사에서 JWST를 JSWT라고 잘못 쓰는 부분이 있음
  수정이 가능한 사람이 여기 있는지 궁금함