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[우주의 속삭임(104)] 바너드 별 주위에서 미니 행성 4개 발견
- 지구에서 두 번째로 가까운 항성계인 바너드 별(Barnard's Star)의 주위를 도는 작은 행성이 하나가 아니라 네 개가 있다는 새로운 증거가 발견됐다. 오랫동안 태양계 너머의 행성에 대한 연구자들의 깊은 관심을 받아온 바너드 별은 지구에서 약 6광년 거리에 위치하며, 하늘에서 빠른 움직임으로 유명하다. 천문학자들은 바너드 별이 행성계를 형성하는 과정에 대한 중요한 단서를 제공할 행성을 거느리고 있을지에 대해 오랫동안 궁금해했다. 미국 시카고대학교 천문학자들의 관측 결과에 따르면 바너드 별 주위를 공전하는 4개의 작은 행성이 존재할 가능성이 제기됐다. 시카고대학 측에 따르면 각 행성은 지구 질량의 20~30%에 불과하며, 단 며칠 만에 별을 한 바퀴 공전하는 것으로 추정된다. 바너드 별은 태양계에서 네 번째로 가까운 항성으로, 센타우루스자리 알파(알파 센타우리) 삼중성계 다음으로 가깝다. 고유운동(proper motion)이 가장 큰 별로 유명해, 하늘에서 이동하는 속도가 빠르게 관측된다. 연간 약 10.3초각(arcseconds)씩 움직이며, 이는 다른 별들보다 훨씬 빠른 속도이다. 적색왜성(M4형)으로 겉보기 등급은 9.5에 해당돼 너무 희미해서 육안으로는 볼 수 없다. 이번 발견은 작고 희미한 행성을 탐지하는 기술의 정밀도가 크게 향상되었음을 시사하며, 많은 이들의 주목을 받고 있다. 미국 시카고 대학의 박사 과정 학생이자 이번 연구의 제1 저자인 리트빅 바산트(Ritvik Basant)는 "바너드 별은 우리Cosmic Neighbor이지만, 아직 알려진 것이 너무나 적다. 이번 발견은 이전 세대 관측 장비로는 상상할 수 없었던 정밀도를 가진 새로운 장비의 획기적인 발전을 알리는 신호탄이다"라고 강조했다. 바너드 별이 전설같은 존재가 된 이유는? 바너드 별은 1916년 시카고대학교 부설 여키스(Yerkes) 천문대의 천문학자 E. E. 바너드(E. E. Barnard)에 의해 처음 세상에 알려졌다. 바너드가 이 별의 빠른 고유 운동을 처음 발견해 그의 이름이 붙었다. 이후 과학자들은 꾸준히 바너드 별을 주시해 왔다. 행성이 존재한다는 주장이 반복적으로 제기되었지만 번번이 실망으로 끝났기에, 바너드 별은 행성 사냥꾼들 사이에서 '거대한 흰 고래(great white whale)'라는 별칭으로 불리기도 했다. 과거에는 낮은 감도의 장비로 인해 때때로 모순적인 신호가 발생했다. 이것이 바로 바너드 별이 행성 사냥꾼들 사이에서 전설과 같은 존재가 된 이유 중 하나다. 그들은 때때로 행성 존재의 증거를 포착했다고 생각했지만, 결국에는 결과가 불확실하다는 것을 깨달았다. 전문가들은 바너드 별이 태양 다음으로 가장 가까운 단일 별 시스템이라는 점에 주목했다. 반면, 가장 가까운 전체 항성계인 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)는 중력에 묶인 세 개의 별로 이루어져 있다. 다중 별 시스템은 행성 형성 과정을 복잡하게 만들 수 있기 때문에, 단일 별 시스템인 바너드 별은 잠재적인 행성이 존재할 수 있는 다른 환경을 제공할 것으로 예상된다. MAROON-X를 이용한 행성 탐색 천문학자들은 밝은 별 옆에 붙어 있는 작은 행성을 직접 관측할 수 없다. 대신, 각 행성이 별에 미치는 미세한 중력의 영향을 추적한다. 하와이 제미니(Gemini) 천문대에 설치된 MAROON-X라는 특수 장비는 별빛 신호에서 발생하는 희미한 흔들림을 감지할 수 있다. 연구팀은 MAROON-X를 사용해 바너드 별 주위에서 3개의 행성을 발견했다. 네 번째 행성은 MAROON-X 관측 데이터와 칠레에 있는 ESPRESSO 장비의 이전 관측 데이터를 결합하는 과정에서 추가로 확인됐다. 바산트 연구원은 "우리는 밤 시간대를 달리하여, 또 날짜를 달리하여 관측했다. (제미니천문대가 있는) 칠레와 하와이, 저희 연구팀은 서로 협력하지 않았다. 이것은 데이터에 유령(그동안 바너드 별에서 확실한 행성이 발견되지 않아서 전설적인 존재처럼 여겨졌기 때문에 유령이라는 말을 사용함)이 존재하지 않는다는 것을 확신시켜 준다"고 말했다. 바너드 별 행성의 특징 과학자들은 이번에 발견된 행성들이 작은 암석 행성일 것으로 추정하지만, 정확한 구성 성분을 확인하는 것은 어려운 상황이다. 지구에서 바라보는 각도 때문에 행성들이 별 앞을 통과하는 현상이 관측되지 않아, 암석 또는 가스 행성 여부를 식별하는 일반적인 방법은 적용할 수 없다. 하지만 이 행성들의 궤도는 별과 너무 가까워 생명체가 살기에 적합한 환경은 아닐 가능성이 높다. 시카고 대학의 제이콥 빈(Jacob Bean) 교수는 "12월 말, 이 데이터를 정말 집중적으로 분석하면서 온통 그 생각뿐이었다. 마치 우주에 대해 다른 사람은 모르는 것을 우리만 갑자기 알게 된 기분이었다. 이 비밀을 어서 빨리 세상에 알리고 싶었다"고 당시의 흥분을 전했다. 빈 교수는 "우리가 하는 연구는 점진적인 경우가 많아서, 때로는 큰 그림을 보기 어려울 때도 있다. 하지만 우리는 인류가 영원히 알게 될 무언가를 발견했다. 그 발견의 희열은 정말 엄청나다"라며 이번 연구의 의의를 강조했다. "추가 탐사 통해 생명체 거주 가능 조건 밝히고 싶어" 바너드 별의 4개 행성은 시선 속도(radial velocity) 도구로 확인된 가장 작은 천체 중 하나다. 지금까지 발견된 대부분의 암석 외계 행성은 지구보다 큰 경향을 보이며, 그 패턴은 은하수 전체에서 일관되게 나타난다. 천문학자들은 더 작은 행성들이 어떻게 형성되는지에 대한 힌트를 얻기 위해, 더 작은 행성들이 다양한 구성 성분을 보이는지 확인하고자 한다. 우주에 풍부하게 존재하는 M형 왜성은 강력한 자기 활동으로 알려져 있으며, 이는 행성 발달에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 과정을 이해하는 것은 어떤 별이 안정적인 표면을 가진 행성을 거느릴 가능성이 높은지 파악하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있다. 일부 과학자들은 이러한 통찰력이 생명체 탐색을 위한 미래 연구 방향을 제시해 줄 것으로 기대하고 있지만, 바너드 별 행성들은 항성과의 거리가 너무 가까워 생명체가 살기에는 매우 뜨거운 환경일 것으로 예상된다. 연구진은 앞으로 더 온화한 영역에 있는 행성을 찾기 위해 기술을 계속 개선해 나갈 예정이다. 관측 장비의 발전은 새로운 놀라운 발견으로 이어질 가능성을 높여준다. 추가적인 탐사를 통해 작은 행성이 차가운 별 주위에서 더 흔하게 형성되는지, 또는 생명체 거주 가능 조건이 예상치 못한 방식으로 달라지는지 등을 밝혀낼 수 있을 것이다. 망원경 성능이 향상될수록 놀라운 발견을 할 가능성은 점점 더 커지고 있다. 본 연구는 제미니 천문대/국립과학재단(NOIRLab), 하이델베르크대학, 암스테르담대학의 과학자들이 참여했으며, 연구 결과는 지난 3월 11일 '행성 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)'에 게재됐다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(104)] 바너드 별 주위에서 미니 행성 4개 발견
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[우주의 속삭임(103)] 은하 중심부의 신비한 현상, '새로운 형태의 암흑물질' 존재 가능성 시사
- 우리 은하 중심부에서 관측된 미스터리한 현상이 기존 이론과는 다른 형태의 암흑물질 존재를 암시할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 암흑물질은 우주 질량의 약 85%를 차지하는 것으로 추정되지만, 아직 직접 관측된 적이 없어 현대 과학의 최대 난제 중 하나로 남아 있다. 이번 연구는 과학자들이 오랫동안 추적해 온 암흑물질의 실체에 한 걸음 더 다가섰음을 보여준다. 영국 킹스칼리지 런던 연구팀은 은하 중심부에서 발생하는 설명되지 않는 화학 반응의 원인이 기존 이론과는 다른 새로운 암흑물질 후보일 가능성을 제기했다. 이에 대해서 PHYS.org와 스페이스닷컴 등 주요 외신은 10일(현지시간) 심층적으로 보도했다. 스페이스닷컴에 따르면, 연구팀이 제안한 새로운 암흑물질 후보는 기존 가설보다 가벼우면서 자기 소멸성을 가진다. 즉, 두 개의 암흑물질 입자가 충돌하면 서로를 소멸시키며, 이 과정에서 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 양전자가 생성된다. 이 과정에서 발생한 전자와 양전자의 홍수는 은하 중심부의 밀도가 높은 가스에서 중성 원자로부터 전자를 떼어내는 데 필요한 에너지를 제공한다. 이를 '이온화'라고 하며, 이 과정이 은하 중심 분자영역(CMZ)에 이온화된 가스가 풍부한 이유를 설명할 수 있다. 암흑물질의 소멸은 흔치 않지만, 암흑물질이 밀집해 있을 것으로 추정되는 은하 중심부에서는 더 자주 발생할 가능성이 크다. 이번 연구의 주요 저자인 킹스칼리지 런던의 박사후 연구원 샴 발라지(Shyam Balaji) 박사는 "우리 은하 중심부에는 수십 년간 미스터리로 남아 있던 거대한 양전하를 띤 수소 구름이 존재한다. 일반적으로 수소 기체는 중성이므로, 음전하를 띤 전자를 제거할 만큼 충분한 에너지를 공급하는 원천이 무엇인지가 오랫동안 의문이었다"고 설명했다. 그는 이어 "은하 중심부에서 방출되는 에너지 신호는 지속적이고 강력한 에너지원이 존재함을 시사하며, 이는 기존 모델에서 고려했던 것보다 훨씬 가벼운 형태의 암흑물질에서 비롯될 가능성이 있다"고 덧붙였다. 암흑물질은 빛과 거의 상호작용하지 않거나, 상호작용하더라도 너무 약하고 드물어 과학자들이 직접 관측하지 못했다. 이에 따라 암흑물질이 전자, 양성자, 중성자 등 중입자(바리온·baryon)로 구성되지 않았을 것이라는 결론이 도출됐다. 중입자는 원자보다 작은 아원자의 한 종류로, 별, 행성, 달을 비롯해 우리가 일상에서 보는 모든 사물을 이루는 원자의 기본 구성 요소다. 암흑물질에 대한 가장 유력한 이론은 약하게 상호작용하는 무거운 입자(WIMP·Weakly Interacting Massive Particle)가 후보라는 가설이었다. 그러나 이번 연구는 WIMP보다 훨씬 낮은 질량을 가진 새로운 유형의 암흑물질 가능성을 제시했다. 밀집된 CMZ에서 생성된 양전자는 주변 수소 분자와 상호작용해 전자를 떼어내기 전에 멀리 이동하거나 탈출하기 어렵다. 따라서 이온화 과정은 CMZ에서 특히 효율적으로 이루어진다. 발라지 박사는 "이 모델이 해결하는 가장 큰 문제는 CMZ의 과도한 이온화"라며 "이온화 가스를 형성하는 일반적인 원인 중 하나인 우주선(우주 방사선)은 현재 관측된 높은 수준의 이온화를 설명하기에 충분하지 않은 것으로 보인다"고 말했다. 현재 암흑물질의 주요 후보는 다양한 질량을 가진 '악시온(axion)'과 '악시온 유사 입자'다. 연구진은 이 저질량 암흑물질 입자들이 서로 충돌해 '소멸(annihilation)' 과정을 거치면서 새로운 전하 입자를 생성할 가능성을 제기했다. 이 새로 생성된 전하 입자들이 수소 기체를 이온화할 수 있다는 것이다. 기존 이온화 이론은 우주선을 통한 에너지원에 의존해 왔다. 그러나 CMZ에서 관측된 에너지 신호는 우주선만으로는 충분히 설명되지 않았으며, 기존 WIMP 모델로는 이러한 현상이 발생할 수 없는 것으로 나타났다. 이에 연구진은 암흑물질 소멸로 발생하는 에너지원이 기존 우주선보다 느리고, WIMP보다 질량이 작다는 결론을 도출했다. 우주선은 빛의 속도에 가까운 속도로 이동하는 하전 입자지만, 연구팀에 따르면 CMZ의 이온화 신호는 기존의 많은 암흑물질 후보보다 가볍고 느리게 움직이는 근원을 가리키는 것으로 보인다. 또한, 우주선이 CMZ의 이온화 가스를 형성했다면 감마선과 관련된 방출이 동반되어야 한다. 하지만 이러한 감마선 방출은 CMZ 연구에서 관측되지 않았다. 발라지 박사는 "만약 암흑물질이 CMZ의 이온화에 기여한다면, 우리는 암흑물질을 직접 볼 수는 없지만 은하계 가스에 미치는 미묘한 화학적 영향을 관찰함으로써 그 존재를 감지할 수 있다"고 설명했다. 한편, 은하 중심에서 관측된 희미한 감마선 빛은 양전자와 이온화 과정과 연관이 있을 가능성도 제기됐다. 발라지 박사는 "이온화와 감마선 방출 사이의 직접적인 연관성을 발견한다면 암흑물질의 존재를 입증하는 강력한 증거가 될 것"이라면서도 "현재로서는 이 두 신호 사이에 어느 정도 상관관계가 있지만, 이를 확실한 증거로 판단하기 위해서는 더 많은 데이터가 필요하다"고 말했다. 그는 이어 "암흑물질 탐색은 현대 물리학에서 가장 중요한 과제 중 하나지만, 현재 대부분의 실험은 지구에서 암흑물질이 오기를 기다리는 방식으로 이루어지고 있다"며 "CMZ의 기체를 활용한 연구를 통해 우리는 보다 직접적인 근원에 접근할 수 있으며, 분석 결과 암흑물질이 기존 예상보다 훨씬 가벼울 가능성이 있음을 시사한다"고 강조했다. 또한 "우리 은하 중심부의 관측을 통해 CMZ 내 수소 기체가 암흑물질의 본질을 밝힐 중요한 단서를 제공하고 있다"고 덧붙였다. 이번 연구는 은하 중심의 다른 미스터리와도 연관될 가능성이 있다. 예를 들어, 은하 중심에서 관측된 특정 X선 방출선인 '511keV 방출선'이 동일한 저질량 암흑물질이 충돌해 전하 입자를 생성하는 과정에서 발생했을 가능성이 제기됐다. 또한, 암흑물질 소멸 모델은 양전자와 전자가 결합해 '양전자늄' 상태를 형성한 뒤 X선 형태로 붕괴하는 과정이 CMZ의 특이한 빛 방출을 설명할 수도 있다. 발라지는 "서브 GeV 암흑물질에 의해 생성된 이온화 속도는 기존 감마선 및 우주 마이크로파 배경(CMB) 관측과 모순되지 않으며, 기존 제약 조건에 완벽히 부합한다"고 밝혔다. 이 연구는 10일 학술지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'에 게재됐다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(103)] 은하 중심부의 신비한 현상, '새로운 형태의 암흑물질' 존재 가능성 시사
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[우주의 속삭임(85)] 우주 거대 은하 생성, 미스터리 해결 근접
- 오랫동안 천문학자들의 궁금증을 풀어주지 못했던 은하 생성의 비밀이 풀릴 수 있을까. 수십 년 동안 전문가들을 당혹스럽게 했던 우주에서의 거대 은하 생성에 대한 미스터리를 해결할 실마리가 잡혔다고 PHYS가 전했다. 천문학자들이 거대한 타원 은하의 탄생지를 발견했으며, 이것이 은하가 어떻게 만들어졌는지에 대한 새로운 단서를 제공한다고 밝혔다. 고대 은하의 생성은 평평한 원반과 같은 우리 은하수에 비해 부풀어 오른 축구공처럼 보이며, 이는 천체물리학자들에게 여전히 미스터리로 남아 있다. 그런데, 전 세계 전문가들과 협력하는 영국 사우샘프턴 대학교의 천체 연구팀이 새로운 연구를 통해 이 수수께끼가 마침내 풀릴 수 있을 것이라고 밝혔다. 연구팀원인 사우샘프턴 대학교의 안나그라지아 풀리시 박사는 초기의 우주에서 차가운 가스의 대량 흐름과 은하 간의 충돌이 이러한 거대한 시스템을 만들었을 가능성이 있다고 말했다. 풀리시는 "두 개의 원반형 은하가 충돌하면서 별이 형성되는 연료인 가스가 중심부로 가라앉았고, 수조 개의 새로운 별이 생성되었다. 이러한 우주의 충돌은 약 80억~120억 년 전에 일어났는데, 당시 우주는 훨씬 더 활발한 진화 단계에 있었다"고 설명했다. 그녀는 "연구팀의 발견은 천문학에서 오랫동안 미스터리로 남아 있던 문제를 해결하는 데 한 걸음 더 다가가게 했다. 이는 초기 우주에서 은하가 어떻게 만들어졌는지에 대한 우리의 이해를 재정의할 것"이라고 덧붙였다. 네이처에 게재된 이 연구는 사우샘프턴 대학교, 중국 퍼플마운틴 천문대, 중국과학원 등이 협력해 수행했다. 연구팀은 칠레 아타카마 사막에 있는 세계 최대의 전파 망원경 ALMA를 사용해 먼 우주에서 별을 형성하는 100개 이상의 은하를 분석했다. 퍼플마운틴 천문대의 연구 책임자인 칭화 탄 박사는 팀이 멀리 떨어진 매우 밝은 은하에서 방출되는 빛의 분포를 살펴보는 새로운 기술을 사용해 이를 발견하게 됐다고 말했다. 그녀는 "이것은 멀리 떨어진 은하의 핵에 위치한 강렬한 별 형성 에피소드를 통해 구형 은하체가 직접 형성된다는 최초의 실제 증거다. 천체물리학자들은 수십 년 동안 이 과정을 이해하려고 노력해 왔다"고 부연했다. 그녀는 또 "이 은하들은 빠르게 형성된다. 가스가 블랙홀에 공급되도록 내부로 빨려 들어가 별의 폭발을 촉발시키는데, 별들은 우리 은하보다 10~100배 빠른 속도로 생성된다"고 설명했다. 연구진은 오픈소스 아카이브 프로젝트를 사용해 많은 먼 은하에 대한 고품질 관측 데이터를 수집했다. 연구팀은 JWST 및 유클리드(Euclid) 위성에 탑재된 망원경과 중국 우주정거장에서 수집한 데이터 및 연구 결과를 통합해 은하의 별 구성을 매핑할 것이라고 밝혔다. 풀리시 박사는 "이 연구는 초기 은하 형성에 대한 보다 완전한 그림을 제공하고, 우주가 태초부터 어떻게 진화해 왔는지에 대한 이해를 심화시킬 것"이라고 덧붙였다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(85)] 우주 거대 은하 생성, 미스터리 해결 근접
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[우주의 속삭임(63)] EOS 망원경, 역대 최고 해상도 '은하 적외선 지도' 공개
- 우리 은하계에 대한 역대 최고 해상도를 가진 적외선 지도가 공개됐다. 천문학자들이 유럽남방천문대(ESO)의 VISTA 망원경을 이용해 15억개 이상의 천체를 담은 은하수 적외선 지도를 발표했다. 해당 연구에 대해서는 PHYS.org와 라이브사이언스 등 다수 외신이 26일(현지시간) 보도했다. 이는 역대 최고 해상도의 은하 지도로, 연구팀은 13년 이상 은하 중심부를 관측했다. 이번 연구 결과는 천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics) 저널에 게재됐다. 연구를 이끈 칠레 안드레스 베요 대학의 단테 미니티 천체물리학자는 "이번 발견으로 우리 은하에 대한 시각이 영원히 바뀌었다"고 말했다. 이 기록적인 지도는 ESO의 VISTA 망원경으로 촬영한 20만 장의 이미지로 구성됐다. 또한 500테라바이트의 데이터로 ESO 망원경으로 수행된 관측 프로젝트 중 가장 큰 규모이다. 테라바이트(Terabyte)는 컴퓨터 저장 용량을 나타내는 단위 중 하나로 1테라바이트(TB)는 1000기가 바이트(GB) 또는 약 1조 바이트에 해당한다. 2009년 첫 관측을 시작한 VISTA(Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy)는 칠레 파라날 천문대에 위치한 유럽남방천문대(ESO) 소속의 4m급 광시야 탐사 망원경이다. 주로 근적외선 영역을 관측해 가시광선으로는 볼 수 없는 차가운 천체나 먼지에 가려진 천체들을 연구한다. 또한 1.65도의 넓은 시야(광시야)를 가지고 있어 넓은 영역의 하늘을 빠르게 탐사할 수 있다. 게다가 6700만 화소의 적외선 카메라 VIRCAM을 탑재해 고해상도 이미지를 얻을 수 있다. 연구팀은 VISTA의 적외선 카메라 VIRCAM을 사용하여 은하에 퍼져있는 먼지와 가스를 투과하여 은하수에서 제일 깊이 숨겨진 곳의 복사(radiation, 에너지가 파동 또는 입자의 형태로 공간을 이동하는 현상)를 관측할 수 있었고, 이를 통해 은하 환경에 대한 독특한 시야를 열었다. 이 방대한 데이터 세트는 보름달 8600개에 해당하는 하늘 영역을 커버하며, 같은 팀이 2012년 공개한 이전 지도보다 약 10배 더 많은 천체를 포함한다. 여기에는 먼지 구름에 싸여 있는 갓 태어난 별들과 은하수에서 가장 오래된 별 수백만 개가 밀집된 구상 성단이 포함된다. 적외선 관측을 통해 VISTA는 갈색 왜성(별과 행성의 중간 단계에 있는 천체)이나 별을 공전하지 않는 자유롭게 떠다니는 행성과 같은 매우 차가운 천체도 포착할 수 있었다. 관측은 2010년에 시작되어 2023년 상반기에 종료되었으며, 총 420일에 걸쳐 진행됐다. 하늘의 각 영역을 여러 번 관측함으로써 연구팀은 이러한 천체의 위치뿐만 아니라 움직임과 밝기 변화도 추적할 수 있었다. 연구팀은 주기적으로 밝기가 변하는 별들을 관측해 우주의 거리를 측정하는 데 사용했다 이를 통해 이전에는 먼지에 가려져 있던 은하수 내부 영역의 정확한 3D 지도를 얻을 수 있었다. 또한 은하수 중심의 초거대질량 블랙홀과의 근접 조우 후 빠르게 튕겨 나간 별들인 초고속 별도 추적했다. 새로운 지도에는 VISTA 망원경을 이용한 우리 은하 변광체 탐사(VVV)와 그 후속 프로젝트인 VVV eXtended(VVVX) 탐사의 일환으로 수집된 데이터가 포함되어 있다. 브라질 산타 카타리나 연방 대학교의 천체물리학자이자 이 논문의 주 저자인 로베르토 사이토 박사는 "이 프로젝트는 훌륭한 팀 덕분에 가능했던 기념비적인 노력이었다"고 말했다. VVV 및 VVVX 탐사는 이미 300개 이상의 과학 논문을 탄생시켰다. 이제 탐사가 완료되었으므로 수집된 데이터에 대한 과학적 탐구는 앞으로 수십 년 동안 계속될 것이다. 한편, ESO의 파라날 천문대는 미래를 위해 더욱 업그레이드되고 있다. VISTA는 새로운 장비인 4MOST로 업그레이드될 예정이며, ESO의 초대형 망원경(VLT)은 MOONS 장비를 갖추게 될 것이다. 이 두 장비는 함께 이번 탐사에서 조사된 수백만 개의 천체에 대한 스펙트럼을 제공하여 앞으로도 수많은 새로운 발견을 가져올 것으로 기대된다.
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[우주의 속삭임(63)] EOS 망원경, 역대 최고 해상도 '은하 적외선 지도' 공개
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[우주의 속삭임(44)] 은하수와 안드로메다 은하, 충돌 확률은 얼마?
- 우리 태양계가 속해 있는 은하수와 안드로메다 은하가 충돌할 가능성은 얼마나 될까. 연구에 따르면 앞으로 100억 년 내에 은하수와 안드로메다가 충돌할 확률은 50%라고 한다. 50%의 확률은 매우 높아 보이지만, 실제 치명적인 충돌이 일어날 가능성은 대단히 낮은 것이라고 라이브사이언스가 전했다. 안드로메다(M31) 은하는 북반구에서 보이는 가장 밝은 나선은하로 우리 은하와 유사한 점이 많다. 약 250만 광년 떨어져 있으며, 초당 110km의 속도로 우리 은하에 접근하고 있다. 이 때문에 천문학자들은 두 은하가 앞으로 수십억 년 안에 필연적으로 치명적인 충돌을 맞이할 것이라고 예측해 왔다. 서로 나선형으로 충돌한 후 합쳐져 새로운 은하를 형성할 것이라는 예측이었다. 그러나 최근 인쇄 전 논문 발표 사이트인 arXiv에 발표된 새로운 연구에 따르면 두 은하는 오히려 서로 빗나갈 가능성이 있다고 한다. 게시된 논문은 "모든 은하의 현재 위치, 운동, 질량의 불확실성은 예상과는 완전히 다른 결과를 초래할 수 있으며, 향후 100억 년 동안 은하수와 안드로메다가 충돌해 합병되지 않을 확률은 50%에 가깝다"고 서술했다. 지난 1912년, 미국의 천문학자 베스토 슬리퍼는 1912년 안드로메다 은하가 우리 은하와 충돌할 가능성이 있음을 발견했다. 추가 연구에서는 향후 50억 년 안에 안드로메다가 우리 은하와 충돌하는 것은 불가피할 것이라고 예측했다. 충돌 과정에서 우리 태양계는 새로 합병되는 은하의 바깥쪽으로 튕겨져 나갈 것이라고 보았다. 그러나 이번 연구에 따르면, 지금까지의 연구에서는 은하수와 안드로메다가 속한 은하군 내의 다른 작은 은하의 중력 효과인 ‘교란 요인’을 고려하지 않았다. 작은 은하들이 일으키는 중력에 의한 교란 요인 때문에 충돌에서 완전히 벗어날 수 있다는 것이다. 연구팀은 가이아와 허블 우주 망원경의 관측 결과를 이용, 국부 은하군 중에서 가장 큰 네 개의 은하의 질량, 움직임 및 중력적 상호 작용을 추정했다. 그 후 이 데이터를 여러 가지 가능한 시나리오에 맞추어 시뮬레이션 모델에 입력해 결과를 추정했다. 네 개의 은하는 은하수, 안드로메다, 삼각형 은하 및 대마젤란운이었다. 이들의 상호 작용을 고려했을 때, 은하수와 안드로메다의 충돌 가능성은 종전에 비해 크게 낮아졌다. 충돌과 합병이 실제로 일어난다 해도 이는 적어도 80억 년 이후에나 가능한 일일 것으로 보인다. 물론 이 연구로 밀코메다에 대해 최종 결론을 내릴 수는 없다는 지적이다. '밀코메다'는 은하수와 안드로메다 은하가 합병해 생겨나게 될 새로운 은하의 이름을 말한다. 연구팀은 더 진보된 결론의 산출을 위해 최근 재보정된 가이아 우주 망원경의 새로운 데이터가 공개되기를 기다리고 있다. 보정된 가이아 망원경 데이터의 공개가 새로운 정보를 제공해 줄 것이라는 기대다. 은하 종말론은 아직 초기 단계이며, 국부 은하군의 운명을 확실하게 예측하기 위해서는 추가 연구가 필요하다는 지적이다. 다만 현재 상황에서 우리 은하의 멸망이 임박했다는 주장은 크게 과장된 것으로 보인다. 결론적으로 국부 은하군 내의 모든 은하가 언젠가는 충돌하고 합쳐지겠지만, 이 과정이 일어나기까지는 우주의 현재 나이보다 몇 배나 더 오래 걸릴 수 있다는 지적이다.
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[우주의 속삭임(44)] 은하수와 안드로메다 은하, 충돌 확률은 얼마?
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[우주의 속삭임(38)] 은하 나이, 기존 추정보다 수십억 년 더 많을 수도...가이아 망원경 관측 결과
- 가이아 우주 망원경을 이용한 연구 결과, 태양 근처 고대별의 존재가 밝혀져 우리 은하의 일부가 기존 예상보다 수십억년 더 오래되었을 가능성이 제기됐다. 태양 가까이 위치한 고대 별들은 빅뱅 이후 10억년도 채 되지 않아 형성됐으며, 이는 은하수의 일부가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 오래되었다는 것을 시사한다는 연구 결과가 발표됐다고 라이브사이언스가 보도했다. 독일 라이프니츠 포츠담 천체물리학 연구소(AIP)연구팀은 유럽우주국(ESA) 가이아 탐사선 데이터를 분석해 태양계 주변 약 3200광년 범위 내 80만개 이상의 별을 조사했다. 그 결과 이들 별 중 다수가 100억년 이상 되었으며, 일부는 130억년 이상 된 것으로 나타났다. 이는 기존에 은하 원반이 80~100억년 전에 형성됐다고 추정했던 것보다 훨씬 이른 시기다. 우주의 나이는 약 138억년이므로, 우리 은하의 원반에 130억년 된 별이 존재한다는 것은 우주 탄생 후 첫 10억년 동안 원반이 형성되었을 것임을 의미한다. 이는 우리 은하의 별 형성 연대 시기를 크게 앞당길수 있다는 것. 연구 책임자는 "원반에 있는 이 고대 별들은 은하수의 얇은 원반의 형성이 이전에 믿었던 것보다도 약 40~50억년 더 일찍 시작되었음을 시사한다"고 설명했다. AIP 연구팀은 유럽우주국의 가이아 우주선이 수집한 데이터를 연구하여 이 고대 별들의 연대를 측정하고 올해 초 사전 인쇄본 arXiv 서버에 연구 결과를 게시했다. AIP는 이번 발견에 대해 지난 7월 31일 발표했다. 특히 이 고대 별들 중 일부는 금속 함량이 높아 초기 은하의 빠른 금속 농축 과정을 시사한다. 이는 일반적인 고대 별들의 특징인 낮은 금속 함량과 대비되는 결과로, 은하 형성 초기 단계에 대한 새로운 시각을 제시한다. 이번 연구 결과는 은하 형성 과정에 대한 기존 이론을 수정하고 은하역사를 재구성하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 가이아 탐사선은 은하 병합 흔적, 초기 구성 요소 등 은하 역사에 대한 다양한 정보를 밝혀왔으며, 최근 운석 충돌로 인한 일시적인 데이터 수집 중단에도 불구하고 2025년말까지 임무를 수행할 예정이다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(38)] 은하 나이, 기존 추정보다 수십억 년 더 많을 수도...가이아 망원경 관측 결과
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AI 모델, 사람처럼 좋아하는 숫자가 있다…시험 결과 밝혀져
- 인공지능(AI) 모델은 여러 면에서 사람들을 놀라게 한다. 그중 하나는 이들이 마치 인간처럼 좋아하는 숫자가 있다는 점이라고 테크크런치가 전했다. AI 모델은 그들이 할 수 있는 것뿐만 아니라 할 수 없는 것, 그 이유에 있어서도 항상 사람들을 놀라게 한다. 이러한 행동은 피상적이기도 하지만 시스템을 보여주는 것이다. AI 모델은 마치 인간이 하는 것처럼 무작위 숫자를 선택한다. 그것은 무엇을 의미하는 걸까. 사람들이 무작위로 숫자를 선택할 수는 없는 걸까. 실제로 이것은 우리 인간이 가지고 있는 매우 오래되고 잘 알려진 한계를 보여주는 것이다. 즉, 인간은 무작위성을 지나치게 생각하고 오해하는 경향이 있다. 사람에게 동전 던지기 100번을 예측하라고 지시하고 이를 실제 동전을 100번 뒤집어서 비교해보자. 실제 동전 뒤집기는 직관에 의존하는 것이 아니어서 항상 구별할 수 있다. 예를 들어, 연속적으로 6~7개의 앞면 또는 뒷면이 있는 경우가 많으며, 이는 인간이 예측하는 100개에 포함하는 경우가 거의 없다. 누군가에게 0에서 100 사이의 숫자를 선택하라고 요청할 때도 마찬가지다. 사람들은 1이나 100을 거의 선택하지 않는다. 5의 배수는 드물고, 66과 99처럼 반복되는 숫자도 있다. 선택은 무작위적으로 보이지 않을 수도 있는데, 이는 작고, 크고, 독특한 특성을 구현하기 때문이다. 대신 일반적으로 중간 어딘가에서 7로 끝나는 숫자를 선택하는 경우가 많다. 심리학에는 이런 종류의 예측 가능성에 대한 예가 많다. 하지만 AI가 같은 일을 한다고 해서 이상한 것은 아니다. 그래머너(Gramener)에 있는 일부 엔지니어들이 비공식적이지만 몇 개의 주요 대규모언어모델(LLM) 챗봇에게 0에서 100 사이의 숫자를 무작위로 선택하도록 요청하는 흥미로운 실험을 수행했다. 결과는 무작위가 아니었다. 여러 주요 LLM 챗봇에게 0에서 100 사이의 숫자를 무작위로 선택하도록 요청하는 실험이었다. 그런데 그 결과는 무작위가 아닌 것으로 나타났다. 테스트는 세 가지 LLM 모델을 대상으로 이뤄졌다. 그런데 이들 모두 최종 결정에서 나름대로 가장 좋아하는 숫자를 갖고 있었다. 챗GPT로 생성형 AI 시장 폭발을 일으킨 오픈AI의 GPT-3.5 터보는 47 숫자를 많이 좋아했다. 과거에는 42를 즐겨 선택했다. 이 숫자는 ‘은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서(The Hitchhiker's Guide to the Galaxy)’의 작가 더글러스 아담스(Douglas Adams)가 인생, 우주 및 모든 것에 대한 답으로 유명해진 숫자다. 앤트로픽(Anthropic)의 클로드(Claude) 3 Haiku는 42를 기록했고 구글의 제미나이(Gemini)는 72를 좋아했다. 다른 상황에서의 선택에서도 이들 LLM 모델은 인간과 유사한 편향성을 보여 주었다. 이들 모두 낮은 숫자와 높은 숫자를 피하는 경향이 있었다. 클로드는 87을 넘기거나 27 이하로 내려간 적이 없었다. 숫자가 똑같은 경우는 회피하는 경향이 두드러졌다. 그런데 33, 55, 66은 없었지만 77이 나타났다. 7로 끝나는 숫자를 좋아하는 사람들의 경향과 일치하는 결과로 보인다. 이는 AI가 의인화에 한 단계 더 다가가고 있음을 의미한다는 분석도 나왔다. LLM 모델은 무엇이 무작위인지 아닌지에 관심이 없다. 이들은 무작위성이 무엇인지도 모른다. 다만 훈련 데이터를 보고 '임의의 숫자 선택'과 같은 질문 뒤에 가장 자주 작성된 내용을 반복한다. 더 자주 나타날수록 모델은 이를 반복해 선택하는 것이다. LLM 시스템 교육에서는 의도적이든 아니든 사람들이 하는 방식으로 행동하도록 훈련받는다. 그렇기 때문에 사람과의 유사성(pseudanthropy)을 피하거나 예방하기가 매우 어렵다. 결국 사람과 유사한 선택을 한다는 것이다. 심할 경우 이 모델들은 ‘자신들이 사람이라고 생각한다’고 말할 수도 있다. LLM은 항상 알 필요도 생각할 필요도 없이 사람을 흉내 내고 있다. 병아리콩 샐러드 레시피를 요청하든, 투자 조언을 요청하든, 임의의 숫자를 요청하든 과정은 동일하다. 결국 LLM은 인간이 제작한 콘텐츠를 통해 교육받기 때문에 인간처럼 생각하고 느끼는 것이라는 지적이다.
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- IT/바이오
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AI 모델, 사람처럼 좋아하는 숫자가 있다…시험 결과 밝혀져
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[우주의 속삭임(1)] 은하계에서 가장 큰 항성 블랙홀 발견
- 천문학자들이 은하계에서 가장 큰 항성 블랙홀을 발견했으며, 그 질량은 무려 태양의 33배에 달하는 것으로 밝혀졌다고 PHYS가 전했다. 파리 천문대 국립과학연구센터(CNRS)의 천문학자 파스콸 파누조는 '가이아 BH3'라는 이름의 이 블랙홀은 유럽 우주국의 가이아(Gaia) 미션에서 수집한 데이터에서 우연히 발견되었다고 밝혔다. 가이아는 독수리자리 방향으로 지구에서 2000광년 떨어진 BH3에 위치해 있다. 가이아 망원경은 하늘에 있는 별들의 정확한 위치를 알려준다. 그 덕분에 천문학자들은 별들의 궤도를 특성화하고 '가이아 BH3' 블랙홀의 존재 확인은 물론 질량까지 측정하는 데 성공했다. 지상 망원경을 통해 추가로 관측한 결과, '가이아 BH3' 블랙홀은 이미 은하계에서 발견된 기존의 항성 블랙홀보다 질량이 훨씬 더 큰 블랙홀이라는 것이 확인됐다. 파누조는 "지금까지 발견되지 않은 채 숨어 있던 거대 질량 블랙홀을 발견할 것이라고는 아무도 예상하지 못했다. 이것은 일생에 단 한 번 있을 수 있는 놀라운 발견이었다“라고 말했다. 이 블랙홀은 자신만의 궤도를 운항하는 동반성에서 '흔들리는' 움직임을 발견하면서 나타났다고 한다. 항성 블랙홀은 생애 마지막에 거대한 별이 붕괴하면서 생성되며, 아직 생성 여부가 알려지지 않은 초거대 질량 블랙홀보다는 규모가 작다. 이들 초거대 질량 블랙홀들은 이미 중력파를 통해 먼 은하계에서 발견되었다. '가이아 BH3'는 비활성(휴면) 블랙홀이며 너무 멀리 떨어져 있고 X선을 방출하지 않아 감지하기 어려웠다고 한다. 가이아 망원경은 종래 은하수에서 처음 두 개의 비활성 블랙홀(가이아 BH1 및 가이아 BH2)을 식별한 바 있다. 가이아는 지난 10년 동안 지구에서 150만km 떨어진 곳에서 은하계를 관측해 왔으며, 2022년에는 18억 개가 넘는 별의 위치와 움직임을 보여주는 3D 지도도 제작했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(1)] 은하계에서 가장 큰 항성 블랙홀 발견
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제임스웹 망원경, 은하수 너머 별 탄생 클러스터 관측
- 제임스웹 우주 망원경이 별을 형성하는 복합체의 놀라운 이미지를 공개했다. 미 매체 폭스뉴스는 최근 제임스웹 망원경이 우리 은하계의 위성 은하인 대마젤란 성운(LMC) 내에서 별 형성 복합체 'N79'의 새로운 이미지를 포착했다고 보도했다. 유럽우주국(ESA)에 따르면, N79는 일반적으로 미개척 지역인 LMC에서 약 1630광년에 걸쳐 있는 거대한 별 형성 복합체다. N79는 타란툴라 성운(Tarantula Nebula)으로도 알려진 또 다른 유사한 지역인 30도라두스의 젊은 버전이다. 천문학자들은 N79가 지난 50만 년 동안 30 도라두스보다 훨씬 더 효율적으로 별을 형성할 수 있다고 추정했다. 이번에 공개된 최신 이미지는 일련의 회절 스파이크가 있는 세 개의 거대한 분자 구름 복합체 중 하나를 둘러싼 화려한 별 폭발 패턴을 보여준다. ESA는 이미지에서 눈에 띄는 별 폭발 스파이크는 웹의 18개 기본 거울(미러) 세그먼트가 육각형 대칭을 이루는 결과라고 설명했다. 이 스파이크는 모든 빛이 발산되는 밝고 작은 물체 주변에서 가장 잘 보인다. 제임스웹 망원경의 분할형 거울은 접힌 상태로 발사됐지만 지구에서 100만 마일 떨어진 궤도 지점에 도착한 후 펼쳐졌다. 최근 공개된 이미지는 중적외선 빛이 비추어주는 덕분에, 구름 깊숙이 일어나는 일을 드러내면서 이 영역의 빛나는 가스와 먼지를 보여준다. 제임스웹 망원경은 우리 태양과 같은 별이 태어나는 영역을 들여다보기 위해 설계됐다. 천문학자들이 이 지역에 관심을 갖는 이유는 별 형성이 절정에 달했던 시기의 젊은 우주에 대한 통찰력을 제공하기 때문이다. 제임스웹 망원경은 허블 우주 망원경의 후속작이자 지금까지 우주로 발사된 망원경 중 가장 큰 망원경으로 미 항공우주국(나사·NASA)과 유럽우주국이 공동 프로젝트로 제작했다. 1990년에 지구 저궤도로 발사된 허블 망원경은 천문학 역사상 중요하고 대중에게 인기 있는 망원경이다. 제임스웹의 주거울은 18장의 작은 거울 세그먼트로 구성됐으며, 거울 세그먼트는 금으로 코팅된 베릴륨 재질이다. 세그먼트가 하나로 모인 제임스웹의 주거울은 직경이 6.5미터에 달하여 2.4미터의 허블 우주 망원경의 주거울보다도 크다. 제임스웹은 적외선 천문 관측을 주목적으로 하는 우주 망원경으로 2021년 12월 25일 발사됐다. 웹의 거대한 거울과 절묘한 해상도를 통해 천문학자들은 우주의 다양한 진화 단계에서 N79 영역의 별 형성 관찰을 비교하고 대조할 수 있었다. 제임스웹 망원경이 포착한 N79 이미지는 우주에서 별이 어떻게 형성되는지에 대한 놀라운 통찰력을 제공한다. 이 이미지는 젊은 우주를 연구하고, 별 형성의 과정을 이해하고, 우주의 진화를 연구하는 데 도움이 될 것으로 보인다.
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- 산업
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제임스웹 망원경, 은하수 너머 별 탄생 클러스터 관측
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거대한 늙은 흡연자별, 은하수에서 발견
- 국제 우주과학자들이 우리 은하 중심에서 새로운 유형의 별을 발견했다. 과학 전문매체 스카이 뉴스(sky news)에 따르면 영국 하트퍼드셔 대학교(University of Hertfordshire)의 필립 루카스 교수가 이끄는 국제 과학자팀은 최근 '늙은 흡연자별'로 불리는 새로운 적색 거성을 발견했다. 이 별들은 가스 구름을 방출하는 특징 때문에 늙은 흡연자라는 별명을 얻었다. 연구팀은 10년간 적외선을 이용하여 약 10억 개의 별을 모니터링한 끝에 이 별들을 발견했다. 연구팀이 은하수 중심 부근에서 발견된 21개의 붉은 별은 모호한 밝기 변화를 보였다. 연구팀은 처음에는 이 별들이 활동을 시작한 원시별, 새로운 별을 형성하고 있는 단계, 혹은 먼지 껍질이나 원반에 의한 밝기 변화에서 회복 중인 것인지 분류하기 어려웠다. 분석을 통해 연구팀은 이 별들이 새로운 유형의 적색 거성이라고 결론을 내렸다. 이 별들은 오랜 기간 동안 조용히 있던 상태에서 갑작스레 가스 구름을 방출하는 방식을 보여준다. 이 별들은 우리 은하의 핵심부, 핵 원반으로 알려진 내부 지역에 위치해 있었다. 이 지역은 다른 지역보다 무거운 원소가 풍부하며, 이는 별의 형성과 진화에 영향을 미친다. 과학자들은 이러한 환경이 적색 거성의 상대적으로 차가운 외부층에 있는 가스로부터 먼지 입자가 더 쉽게 응축될 수 있게 만든다고 설명했다. 그럼에도 불구하고, 연구팀이 목격한 짙은 가스 구름의 분출을 어떻게 설명할 수 있는지는 여전히 명확하지 않으며, 몇 가지 가설이 제시되고 있다. 하나의 가설은 핵 원반의 먼지 입자가 적색 거성의 외부층 가스와 결합하여 응축될 수 있다는 것이다. 먼지 입자가 상대적으로 가스보다 더 차가워 응축 과정에서 가스를 냉각시킬 수 있으며, 이는 가스 구름 형성을 촉진할 수 있다. 또 다른 가설은 적색 거성의 외부 가스층이 핵 원반의 먼지 입자와 상호 작용하여 가스 구름을 형성할 수 있다는 것이다. 먼지 입자와 가스의 충돌은 가스를 혼란스럽게 만들어 응축을 유도할 수 있다. 이 두 가지 가설 중 어느 것이 '늙은 흡연자 별'의 가스 구름 형성에 기여하는지는 현재로서는 명확하지 않다. 하지만, 과학자들은 이러한 발견이 핵 원반과 은하 내 다른 금속이 풍부한 지역에서 원소가 분포하는 방식에 대한 이해를 심화시킬 수 있다고 여긴다. 연구팀은 이 발견이 핵 원반 및 은하의 금속이 풍부한 지역에서 원소 분포에 관한 현재의 지식을 변화시킬 수 있다고 말했다. '늙은 흡연자별'은 은하 중심부의 핵 원반에서 발견된 새로운 유형의 별로, 핵 원반은 별들이 무거운 원소를 풍부하게 가지고 있는 지역이다. 이 별들이 핵 원반의 먼지 입자를 은하의 다른 지역으로 전달함으로써, 핵 원소의 은하 내 분포를 변경할 수 있다. 과학자들은 이러한 과정이 은하 중심부의 진화에 변화를 가져올 수 있다고 추정했다. 이 프로젝트에는 영국, 칠레, 한국, 브라질, 독일, 이탈리아 출신의 천문학자들이 참여했다. 이들은 칠레 안데스 산맥의 고지대에 위치한 세로 파라날 천문대(Cerro Paranal Observatory)에서 영국이 제공하는 가시광선 및 적외선 조사 망원경(VISTA)을 활용하여 연구를 진행했다. 연구팀은 '늙은 흡연자' 별뿐만 아니라, 수개월에서 수십 년에 걸쳐 극심한 폭발을 겪는 드문 신생 별, 즉 원시별(protostar)을 포함하여 다양한 신생 별을 탐지했다. 이 새로 발견된 별들 대부분은 우리 은하 내 먼지와 가스에 의해 가시광선에서 가려져 있지만, 적외선을 통해서는 관찰될 수 있어 과학자들은 처음으로 이 별들을 관찰하는 것이 가능했다. 연구팀은 밝기가 최소 40배에서 일부는 300배 이상 증가하는 32개의 분출하는 원시별을 발견했다. 이 연구 결과는 영국 왕립천문학회(Royal Astronomical Society)의 '월간 공지(Monthly Notices Of The Astronomical Society)'에 게재됐다. 이번 발견은 우리 은하 중심부에 대한 새로운 이해를 가능하게 한다. 특히, '늙은 흡연자별'의 발견은 핵 원반의 구성과 진화에 대한 우리의 이해를 전환시킬 수 있는 가능성을 내포하고 있다. 더불어, 분출하는 원시별의 탐지는 태양계 형성 과정에 관한 새로운 통찰력을 제공한다.
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거대한 늙은 흡연자별, 은하수에서 발견
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