남반구 하늘을 여는 새로운 눈, 4MOST 첫 관측 성공

4MOST는 남반구 하늘의 수천만 개 천체를 대상으로 분광 관측을 수행하는 세계 최대 규모의 망원경이다. 첫 관측 성공으로 은하의 기원과 암흑우주의 성분을 밝힐 대규모 탐사가 본격화됐다.

유럽남방천문대(ESO)의 비스타(VISTA) 망원경에 새로 장착된 4미터 다중분광망원경(4MOST, 4-meter Multi-Object Spectroscopic Telescope)은 10월 18일 ‘첫 빛(first light)’을 포착하며 본격적인 과학 관측을 시작했다. 이번 성과는 10년 넘게 이어진 국제 공동 개발의 결실이다.

4MOST는 하늘을 ‘촬영’하는 대신, 천체의 빛을 세밀하게 ‘분석’하는 데 초점을 맞춘다. 별과 은하의 빛을 파장별로 분해해 온도, 속도, 화학 조성을 측정하는 분광 방식이다. 망원경에는 머리카락보다 가는 2,436개의 광섬유가 장착되어 있으며, 한 번의 관측으로 수천 개의 천체를 동시에 분석한다. 각 광섬유는 천체의 빛을 1만8천 개의 파장으로 나눠 스펙트럼을 얻고, 이 데이터로 천체의 물리적 상태와 운동을 정밀하게 복원한다.

첫 관측, 고품질 스펙트럼 성과

이번 첫 데이터는 기대 이상으로 우수했다. 프로젝트를 이끄는 독일 포츠담 천체물리학연구소(AIP)의 로엘로프 더 용 박사는 “머리카락보다 가는 섬유에 수십억 년 전의 빛이 담긴다는 사실이 놀랍다”며 “첫 관측부터 고품질 스펙트럼을 얻었다”고 말했다.

첫 관측 대상은 조각가자리 은하(Sculptor Galaxy)와 구상성단 NGC 288이었다. 조각가자리 은하는 약 1,150만 광년 떨어진 젊은 나선은하로 별 생성이 활발하며, NGC 288은 은하수 외곽 2만8천 광년 거리의 구상성단으로 약 10만 개의 오래된 별이 밀집해 있다. 4MOST는 한 번의 관측으로 두 천체를 동시에 포착해, 광범위한 시야와 높은 효율의 분광 능력을 입증했다.

4MOST는 완전 가동 후 남반구 하늘 전역을 주기적으로 스캔하며, 수천만 개의 천체 스펙트럼을 누적할 계획이다. 관측 주기는 10~20분이며, 광섬유는 관측 대상에 맞춰 자동으로 재배치된다. 이 데이터는 은하수의 형성과 진화, 암흑물질과 암흑에너지의 분포, 그리고 우주의 대규모 구조 연구에 활용될 예정이다.

관측 데이터는 칠레 관측소에서 실시간으로 전송돼 케임브리지대학교 천문학연구소에서 1차 분석을 거친 뒤, 독일 AIP와 ESO를 통해 전 세계 연구진에게 제공된다. 케임브리지대 닉 월튼 박사는 “4MOST는 방대한 스펙트럼을 고속 처리할 수 있는 전용 데이터 파이프라인을 갖추고 있다”며 “향후 15년간의 대규모 관측을 뒷받침할 핵심 시스템”이라고 말했다.

케임브리지대 리사 켈시 박사가 참여하는 첫 과학 프로젝트는 ‘외은하 시간영역 탐사(Time Domain Extragalactic Survey, TiDES)’다. 이 프로그램은 초신성 폭발, 감마선 폭발, 블랙홀에 의해 별이 찢어지는 사건 등 짧고 격렬한 천체 현상을 실시간으로 관측한다. 켈시는 “4MOST 덕분에 이전보다 훨씬 더 빠른 속도로 이런 극적인 사건을 포착할 수 있다”고 말했다.

시각적 기록을 넘어, 우주를 ‘데이터로 읽는’ 첫 시스템

4MOST는 기존의 천체 관측 방식을 근본적으로 바꾼 시스템이다. 이전의 망원경이 하늘의 이미지를 기록했다면, 4MOST는 각 천체의 빛을 수치 데이터로 분해해 물리적 정보를 직접 추출한다. 이를 통해 별과 은하의 속도, 온도, 화학 조성, 거리 등을 정량적으로 측정할 수 있으며, 우주의 구조와 진화를 데이터 기반으로 분석하는 새로운 연구 체계를 확립했다.

향후 15년간 4MOST가 구축할 대규모 분광 데이터베이스는 남반구 전역의 천체를 대상으로 한 최초의 정밀 통계 연구 자료로 활용될 예정이다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr

자료:  University of Cambridge