연구성과 임명신 교수연구팀-한국천문연구원, 빅뱅 이후 약 10억년 시기의 거대질량 블랙홀 천체 발견

국내 연구진, 빅뱅 이후 약 10억년 시기의 거대질량 블랙홀 천체 발견 - 제미니(Gemini) 8m 망원경으로 초기우주 빛의 원천 규명     국내 연구진이 128억 년 전의 거대질량 블랙홀(참고자료 1) 천체인 퀘이사를 발견했다. 이 발견은 빅뱅 이후 약 10억년 시기의 어두웠던 초기 우주를 밝힌 원인 천체가 무엇인지 규명하는데 중요한 역할을 할 것이다. 이번 연구에는 한국천문연구원이 파트너로 참여하고 있는 세계 최대급 천문대 제미니 8m 망원경이 핵심적인 역할을 하였다.          물리천문학부 임명신 교수 (연구대표자, 교신저자) 김용정 박사과정 대학원생 (주저자)          이 연구는 서울대학교 임명신 교수가 이끄는 초기우주천체연구단 연구원 16명과 한국천문연구원의 김민진 박사를 비롯한 2명의 연구진에 의하여 이루어졌으며 천문학 분야 최상위급 학술지인 천체물리학저널레터(The Astrophysical Journal Letters) 학술지에 11월 10일자로 소개될 예정이다. The Astrophysical Journal Letters, vol. 813, L35 “Discovery of A Faint Quasar at z ∼ 6 and Implications for Cosmic Reionization”, Kim et al.     우주는 빅뱅이후 수 억 년이 지난 후 최초의 천체들이 탄생하면서 서서히 밝아진 것으로 알려져 있다. 하지만, 그 시기의 빛의 주 원천이 되는 천체가 무엇인지에 대해서는 아직 논의가 진행 중이다. 그 후보 중 하나는 퀘이사(참고자료 2)이다. 퀘이사는 은하 중심에 위치한 초거대질량 블랙홀 주변으로 별과 가스가 떨어질 때 나오는 마찰열에 의해 은하보다 수 배에서 수백 배나  밝게 빛나는 천체이며, 초기우주 빛의 주원천이 되는 천체로 제안이 되고 있었다.     이를 알아내기 위해선 초기우주에 퀘이사가 얼마나 많이 존재하였는지 알아야 한다. 특히 퀘이사 빛의 대부분을 차지하는 것으로 추정되는 “보통 밝기 퀘이사(은하보다 10배 정도 더 밝은 퀘이사)”들의 수를 알아내는 것이 중요하다. 하지만, 초기우주의 “보통 밝기 퀘이사”는 매우 멀리 있어 어둡고 드물기 때문에 발견하기가 매우 어렵다.        그림 1. 한국 연구진이 관측한 퀘이사의 이미지. 우리로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 매우 붉게 보인다.       연구팀은 2010년부터 광시야 적외선 관측이 가능한 UKIRT 4m망원경을 비롯하여 미국 맥도널드 천문대 2.1m망원경, 하와이 CFHT 3.6m 망원경 등을 사용하여 초기우주 퀘이사 후보를 찾기 위한 탐사관측을 꾸준히 실시해왔다. Infrared Medium-deep Survey (IMS)라 명명된 이 탐사관측을 통해 퀘이사 후보 천체를 선별하였지만 그것이 실제로 퀘이사인지, 그러고 얼마나 멀리 떨어진 곳에 있는 천체인지 알아내기 위해서는 세계 최대급 망원경을 사용한 관측이 필수적이었다.     때마침 2015년부터 한국천문연구원이 세계 최대급 구경 8미터 망원경 두 대를 보유한 제미니 천문대(참고자료 3)와 협력관계를 맺고 제미니 천문대의 관측시설을 한국천문학계에 제공하게 되었다. 연구진은 이 기회를 이용하여, 세계에서는 3번째, 한국에서는 최초로 초기 우주의 보통 밝기 퀘이사를 찾는 쾌거를 이룰 수 있었다. (그림1 참고)     연구진은 이번에 발견된 퀘이사를 IMS J220417.92+011144.8(약자: IMS J2204+0111)이라 명명하였다. 이 퀘이사의 중심부에는 태양 질량의 약 천만에서 일억 배가량 되는 거대질량 블랙홀이 있는 것으로 추정된다. 특히 이 IMS J2204+0111 퀘이사와 다른 퀘이사 후보천체들로부터 우주 초기 보통밝기 퀘이사의 수밀도를 추정한 결과, 우주 초기의 빛 중에서 퀘이사가 차지하는 비율이 10% 미만으로 그다지 많지 않음을 밝혀냈다.     우주공간의 물질들은 우주의 나이 약 10억년 가량, 즉 IMS J2204+0111이 있었던 시절에 이온화가 된 것으로 알려져 있는데, 이를 우주의 재이온화라고 한다. 우주 초기 은하 구조 형성을 이해하는 데 우주를 이온화하는 과정이 매우 중요한데, 이번 발견은 퀘이사에서 나오는 빛이 우주의 재이온화에 그다지 큰 역할을 하지 않았음을 보여주면서 초기 우주 천체형성과정에 대한 중요한 단서를 제공하였다.     이번 초기우주 퀘이사를 발견은 앞으로 초기우주 천체의 역사를 제대로 이해할 수 있는 발판을 제공하였다는 점에서도 의의를 갖는다. 그동안 초기우주에 거대 질량 블랙홀이 많이 있어야 한다고 하는 연구들이 있어왔으나, 빅뱅이후 10억 년이라는 짧은 시간 안에 어떻게 그렇게 무거운 거대질량블랙홀이 형성될 수 있는지 수수께끼였다. 앞으로“보통 밝기 퀘이사”를 추가적으로 발견하고 그들의 질량을 측정하면 이러한 물음에 대한 해답도 얻을 수 있을 것으로 보인다.      그림 2. 제미니 망원경으로 얻은 퀘이사의 분광자료. 우주의 팽창으로 인하여 멀리 있는 천체일수록 그것이 정지해 있을 때 보다 더 붉은 색으로 관측이 되는데, 이는 스펙트럼에 나타나는 짧은 파장 빛이 긴 파장에 나타나는 현상으로 관측이 된다. 이번에 발견된 IMS J2204+0111 퀘이사의 경우, 정지상태에서는 1216옴스트롱에 나타나야하는 라이만 알파 방출선이 8500 옴스트롱에 나타나, 그 빛이 적색이동값 6으로 적색화되었음을 알 수 있었다. 이로부터 이 퀘이사가 128억 년 전 우주가 현재보다 1/7로 작았던 시기에 있었던 천체임을 알 수 있었다.   < 용어설명 > (참고자료 1) 거대 질량 블랙홀  : 보통 은하 중심에 위치하고 있다고 알려져 있으며, 무게가 태양 질량의 백만 배에서 백억 배에 이르기 때문에, 거대질량블랙홀이라고 불린다.   (참고자료 2) 퀘이사  : 거대 질량 블랙홀 주위에 물질이 유입되면 강착원반이 생기는데, 여기서 나오는 강한 빛으로 인해 초거대블랙홀의 존재를 알 수 있게 되며, 이러한 천체를 퀘이사라 부른다.   (참고자료 3) 제미니 천문대 : 세계 최대급 구경 8.1m인 망원경 두 대를 보유한 세계적인 천문대이다.  미국 하와이와 칠레, 즉 북반구와 남반구에 각각 하나씩 위치하고 있어, 천체의 위치에 상관없이 관측이 가능한 장점이 있다. 2015년부터 한국천문연구원과 협력관계를 맺고 있으며, 이를 통해 한국천문학계가 2020년대 GMT(Giant Magellan Telescope, 거대마젤란망원경)를 이용한 연구주제 개발에 활용하도록 하고 있다.   < 연구팀 > - 김용정 (주저자, 서울대학교 물리천문학부 박사 과정) - 임명신 (연구대표자, 교신저자, 서울대학교 물리천문학부 교수) - 전이슬 (서울대학교 물리천문학부 박사후 연구원) - 김민진 (한국천문연구원 선임연구원) - 최창수 (서울대학교 물리천문학부 박사 과정) - 홍주은 (서울대학교 물리천문학부 박사 과정) - 현민희 (서울대학교 물리천문학부 박사 과정) - 전현성 (미국 Jet Propulsion Laboratory 박사후 연구원) - Marios Karouzos (서울대학교 물리천문학부 박사후 연구원) - 김도형 (서울대학교 물리천문학부 박사 과정) - 김두호 (미국아리조나주립대학교 박사 과정) - 김재우 (서울대학교 물리천문학부 박사후 연구원) - 김지훈 (일본국립천문대 연구원) - 이성국 (서울대학교 물리천문학부 박사후 연구원) - 박수종 (경희대학교 우주탐사학과 교수) - 박원기 (한국천문연구원 선임연구원) - 탁윤찬 (서울대학교 물리천문학부 박사 과정) - 윤용민 (서울대학교 물리천문학부 박사 과정)   ■  관련 링크  http://www.gemini.edu/node/12446          

2015-11-09

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새소식 박사과정 김용휘 학생, 2015학년도 1학기 최우수박사학위논문상 수상자 선정

2015학년도 1학기 최우수박사학위논문상 수상자 선정   학부(과) 성명 지도교수 수리과학부 김경윤 김판기 통계학과 최영근 임요한 물리·천문학부(물리) 조명현 홍성철 물리·천문학부(천문) 김용휘 김웅태 화학부 김연호 장두전 생명과학부 박종은 김빛내리 지구환경과학부 송환진 손병주 뇌인지과학과 임솔 이상훈 계 8명            

2015-09-16

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연구성과 홍주은 박사과정/임명신 교수 New Scientist지에 최근 연구결과 소개

홍주은 박사과정/임명신 교수 New Scientist 지에 최근 연구결과 소개:  은하합병이 은하핵의 활동성을 높인다는 사실 밝혀냄          물리천문학부 임명신 교수 홍주은 박사과정 대학원생    천문학전공 홍주은 박사과정, 임명신 교수 등이 최근에 Astrophysical Journal 5월호에 발표한 연구결과가 New Scientist지 5월 5일자 기사에 소개가 되었습니다.  활동은하핵 39개에 대한 장기노출 영상관측을 통해 이들 주변에 은하합병의 흔적을 찾아내었고 이를 통해 은하핵의 활동성을 높이는데 은하합병이 큰 기여을 하였다는 점을 밝힌 내용입니다.   참고로 이 관측에는 천문전공 관측기기인 SNUCAM(Maidanak 천문대), CQUEAN(McDonald 천문대)이 큰 기여를 하였습니다.   Smashing display (Image: Hubble Legacy Archive, ESA, NASA; Processing - Martin Pugh)   New Scientist 기사 링크: http://www.newscientist.com/article/dn27469-galactic-smashups-turn-on-the-lights-around-black-holes.html#.VUlpDPntmko  

2015-05-07

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연구성과 중력파 탐색에 대한 최신 연구 결과 발표 예고

연구결과 발표 예고 (2016년 2월 8일)     오는 목요일(미국시간, 한국시간 금요일 새벽)에 중력파 탐색에 대한 최신 결과 공개 아인슈타인이 중력파의 존재를 예언한지 100년이 지난 올해, 미국 국립 과학 재단은 캘리포니아 공과대학, 메사추세츠 공과대학, 라이고(LIGO) 과학 협력단 소속의 과학자들을 모아 중력파 검출을 위해 노력하여 얻은 성과를 과학계에 공표하고자 합니다.   (워싱턴DC) – 미국 국립 과학 재단은 레이저 간섭계 중력파 관측소(라이고, 영문약칭: LIGO)를 사용하여 (시공간을 이루는 시간축과 공간축에 발생한 잔물결이라고도 통칭되는)  중력파 검출을 위한 연구 노력의 결과를 발표하는 회견장에 기자 여러분을 초청합니다. 회견은 오는 (미국 현지 시간) 2월 11일 목요일 오전 10시30분, 미국 워싱턴DC의 내셔널프레스클럽에서 개최됩니다.   올해는 아인슈타인이 중력파의 존재를 예측한 논문이 출간된지 백 년이 되는 해입니다. 아인슈타인의 예측 백주년을 맞이하여, 연구진은 중력파를 관측하기 위해 진행 중인 연구 성과를 논할 것입니다. 라이고는 중력파의 영향으로 인한 미세한 진동을 놀랄 정도로 정밀하게 검출할 수 있도록 설계된 완전히 똑같은 두 대의  검출기로 구성된 시스템으로, 메사추세츠 공과대학과 캘리포니아 공과대학의 연구자들이 개발하고 건설한 것입니다. 대부분의 재정은 미국 국립 과학 재단이 지원하였으며, 미국을 포함한 여러나라의 국제 협력 파트너들 또한 중요한 기여를 했습니다. 라이고의 쌍둥이 검출기는 미국 루이지애나 주의 리빙스턴 시와 워싱턴 주의 핸포드 시에 각각 건설되어 있습니다. 검출기로부터 얻은 데이터의 연구와 분석은 라이고 과학 협력단, 지오600(GEO600) 연구단과 비르고(Virgo) 연구단을 아우르는 국제적 규모의 연구진의 협력으로 이루어지고 있습니다.   라이고 프로젝트에 대한 기타 배경지식에 대해서는 아래 링크를 참조해주십시오. 라이고 실험실: https://ligo.caltech.edu/            (관측소:Livingston https://www.ligo.caltech.edu/LA | Hanford https://www.ligo.caltech.edu/WA)  어드밴스드 라이고: https://www.advancedligo.mit.edu/ 라이고 과학 협력단: http://www.ligo.org/ 라이고 파트너 실험실 및 협력단:  http://www.ligo.org/partners.php 한국 중력파 연구협력단 홈페이지: http://www.kgwg.org/ LIGO기자회견 일시: 2016년 2월 11일 목요일 미국 동부일광시간(EST) 오전 10시 30분 (한국시간 2월 12일 오전 0:30)    LIGO기자회견 장소:  내셔널 프레스센터 홀먼 라운지(Holeman Lounge)  529 14th Street NW, 13th Floor, Washington, DC 20045   국내 기자회견 일시 및 장소: 2016년 2월 12일(금) 오전 9:00 장소: 이비스 앰배서더 명동호텔 19층 올리브룸(을지로 입구역 롯데백화점 맞은편, 서울 중구 명동 1가 59-5)   국내에서는 한국 중력파 연구 협력단(KGWG)가LSC의 일원으로 LIGO자료 분석 및 과학 연구를 수행하고 있습니다. KGWG에서는 LIGO 관련 연구 결과를 상세하게 알려드리도록  위 일정으로 기자회견을 실시합니다.  상세한 한글 보도 자료는 미국에서의 기자회견이 시작되는 시점인 2월 12일(금) 오전 0:30(한국 시간)에 이메일로 배포해 드리며 한국 중력파 연구단 홈페이지 (http://www.kgwg.org) 에도 공개합니다. LSC의 방침에 따라 전세계 공통으로 미리 보도 자료를 배포하지 못하고 2월 12일 00:30 미국에서의 기자회견과 동시에 배포합니다. 이 점  양해해 주시기 바랍니다.   홍보 담당자: 강궁원(KISTI), 010-4334-2245, 042-869-0723, gwkang@kisti.re.kr

2015-02-11

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연구성과 이명균 교수팀, 먼 우주에서 가장 작고 어두운 왜소은하 발견

이명균 교수팀, 먼 우주에서 가장 작고 어두운 왜소은하 발견         물리천문학부 이명균 교수 장인성  박사과정 대학원생             서울대 물리천문학부 천문학전공 장인성 박사과정 대학원생과 이명균 교수는 5400만 광년 떨어진 거대한 은하단에서 우리은하보다 100만 배 어둡고 수천 배 작은 왜소은하(극미 왜소은하, ultra-faint dwarf galaxy, UFD)를 처음으로 발견하고 Virgo UFD1로 명명했다.    이러한 극미 왜소은하는 너무나 작고, 어두워서 그 존재가 알려져 있지 않다가 2004년경에서야 우리은하 주위에서 처음으로 발견되었다. 현재까지는 우리은하와 안드로메다은하 주위에서만 발견되고 있다. 극미 왜소은하는 작고, 어둡기 때문에 거리가 멀어지면 발견과 관측이 더욱 어렵다. 현재의 관측 장비로 수백만 광년보다 더 먼 우주에서 발견하는 것은 거의 불가능한 것으로 알려져 있다.   이명균 교수 연구진은 미국 우주망원경연구소에서 제공하는 허블우주망원경 관측 자료를 분석하여, 수천 개의 은하로 이루어진 거대한 처녀자리 은하단의 중심 영역에 숨어 있던 극미 왜소은하 한 개를 발견했다. 5400만 광년이나 떨어진 은하단에서 이런 은하를 발견하는 것은 갈대밭에 떨어진 바늘을 찾는 것과 비슷하다. 그동안 전 세계의 수많은 천문학자들이 거대한 갈대밭을 탐사했으나 발견한지 못한 바늘과 같은 은하를 이명균 교수 연구진이 처음으로 발견한 것이다.   극미 왜소은하 화려하고 아름답게 보이는 일반적인 은하와 비교하여 외모가 두드러지지는 않지만 우주의 역사를 밝힐 수 있는 중요한 단서를 제공한다. 극미 왜소은하 나이가 120억년 이상으로 매우 많고, 무거운 원소를 거의 포함하고 있지 않다. 이는 극미 왜소은하가 138억 년 전 빅뱅으로 시작한 우주에서 처음으로 태어난 은하 중의 하나일 수 있다는 것을 보여준다.   거대한 은하단의 중심부에서 이런 은하가 존재한다는 것은 은하단 전체에 극미 왜소은하가 수만 개 이상 존재할 가능성을 암시한다. 그러나 이들을 찾기 위해서는 허블우주망원경으로 많은 시간을 투자해야만 가능하다. 그러므로 이 은하단에서 두 번째 극미 왜소은하가 발견되기까지는 매우 오래 기다려야 할 것이다.  이 결과는 Astrophysical Journal Letter (천체물리학저널 레터) 2014년11월1일자 (795, L6)에 발표되었다. (논문명 : Discovery of an Ultra-faint Dwarf Galaxy in the Intracluster Field of the Virgo Core: a Fossil of the First Galaxies? In Sung Jang and Myung Gyoon Lee)     (위) 처녀자리 은하단의 중심부 모습. 둥글거나 길쭉한 천체들은 모두 은하들이다. 중심부의 파란색 사각형은 허블우주망원경으로 관측한 영역을 보여준다.   (아래 왼쪽) 허블 우주 망원경으로 관측한 영역의 영상. 영상에 보이는 천체들은 대부분 처녀자리 은하단보다 멀리 떨어진 은하들이다. 빨간색 네모는 새로 발견된 극미 왜소은하의 위치를 나타낸다.   (아래 오른쪽) 장인성 군과 이명균 교수가 발견한 처녀자리 은하단의 극미 왜소은하(이름은 Virgo UFD1)의 영상. 원 안에 있는 작은 점들이 극미 왜소은하에 있는 별들이고, 약간 일그러진 큰 천체는 이 은하의 뒤쪽으로 멀리 떨어진 은하이다. 원의 크기는 서울에서 바라보는 별 한 개의 크기와 비슷하다. 허블우주망원경은 분해능이 매우 높아서 극미 왜소은하에 있는 별들을 볼 수 있다.   <용어설명> 은하 (galaxies) 수백억 내지 수천억 개의 별이 모여 있는 거대한 천체이다. 태양도 우리 은하에 있는 별 중의 하나이다. 은하는 우주를 이루는 기본 단위이다. 은하는 소용돌이처럼 생긴 나선 은하, 럭비공 같은 타원 은하 등 그 종류가 매우 다양하다.   은하단 (the clusters of galaxies, 또는  the  galaxy clusters) 수백 내지 수천 개의 은하가 모여 있는 엄청나게 거대한 천체이다. 처녀자리에 있는 은하단은 가장 가까이 있는 은하단(거리는 5400만 광년)으로서 2천 개 이상의 은하를 포함하고 있다. 봄에 가장 잘 볼 수 있다. 영어 이름은 The Virgo cluster of galaxies 인데 종종 줄여서 The Virgo cluster로 쓴다. 이때 cluster를 성단으로 번역하는 오류가 종종 있는데, 은하단이 올바른 번역이다.   처녀자리 봄철에 잘 보이는 대표적인 별자리 중의 하나이다. 가장 밝은 별은 스피카(Spica)로서 1등성이라 맨 눈으로 쉽게 볼 수 있다. 북두칠성 손잡이의 연장선을 따라 가면 밝게 빛나는 별이 보인다. 이 별은 목동자리의 아크투루스(Acrturus)로서 0등성이며 밤하늘에서 세 번째로 밝은 별이다. 연장선을 따라 계속 가면 다시 밝은 별이 보이는데 이 별이 바로 스피카이다. 스피카의 오른 쪽 위로 약간 어두운 별이 있다. 이 별은 사자자리의 데네볼라(Denebola)로서 2등성이다. 처녀자리 은하단은 스피카와 데네볼라 사이에 있다. 그러나 이 은하단에 있는 은하들은 어두워서 맨눈으로는 볼 수 없다.    < 관련 기사 > 연구결과 Discovery Magazine (2015년 12월호) 에 소개          

2014-12-18

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