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한국천문연구원이 일본국립천문대와 세계 최대 우주관측사업인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 프로젝트 협력을 위한 MOU를 체결했습니다.

◆ ALMA란?

ALMA는 전세계 전파천문학계가 공동으로 건설하고 있는 밀리미터/서브밀리미터(84GHz~950GHz) 파장대역에서 운영될 초거대 전파간섭계(Radio Interferometer)입니다.

ALMA는 칠레 안데스 산맥에 위치한 고도 5000m의 자흐난또르 평원(Chajnantor Plain)에 건설되고 있습니다.

ALMA 프로젝트는 총 54기 직경 12m 전파망원경과 12기 직경 7m 전파망원경으로 구성됩니다.

이 중 주 어레이는 50기의 12m 전파망원경으로 구성되고, 콤팩트 어레이는 4기의 12m 전파망원경과 12기의 7m 전파망원경으로 구성됩니다.

완성된 ALMA 상상도. 54기의 직경 12m와 12기의 직경 7m 전파망원경으로 이루어지는 ALMA는 16km 범위에 설치된다.



◆ ALMA의 기획

ALMA 사업은 2001년에 시작됐습니다.

당초 미국, 유럽연합, 일본은 각각 서브밀리미터 파장 대에서 운영되는 거대 전파간섭계를 건설할 계획이었는데, 경제적인 이유 등으로 이들 계획이 통합되면서 ALMA가 탄생했습니다.

2004년 ALMA 건설이 시작됐고, 2009년에 ALMA 사이트에 도착한 세 기의 안테나를 이용해 우주전파신호 검출에 성공했습니다.

현재 계획으로는 2013년부터 66기 안테나로 구성된 ALMA의 정상운영이 시작될 예정입니다.

ALMA 건설에 투입되는 건설 비용이 약 12억 달러(1조 5000억 원)로 천문학 역사상 가장 큰 규모의 관측시스템입니다.

ALMA의 운영비도 매년 건설비의 1/10 정도가 될 것으로 예상됩니다.

ALMA 건설과 운영에는 유럽, 북아메리카, 동아시아 컨소시엄이 각각 37.5%, 37.5%, 25.0% 지분으로 참여하고 있습니다.


ALMA 성능

ALMA는  현재 서브밀리미터 영역에서 운영되는 유일한 전파간섭계인 SMA(Sub Millimeter Array) 보다 100배 가량 감도가 좋을 것으로 예상됩니다.

간섭계의 분해능은 관측주파수와 최장기 선에 의해 결정되는데 ALMA의 최장기 선은 약 16km로, 900GHz에서 약 0.005호초의 분해능을 기대할 수 있는 수준입니다.

ALMA는 총 66기의 안테나로 구성되고 기선이 15m~16km의 범위에 분포하므로 우주의 미세한 구조와 큰 범위의 우주 구조를 동시에 관측할 수 있습니다.

2011년 10월 ALMA 사이트 모습. 16기의 안테나가 설치되어 관측을 수행하고 있다.


◆ ALMA를 활용한 연구

ALMA는 같은 주파수 대역에서 운영되는 전파 망원경이나 간섭계에 비해 그 성능이 월등하므로 다양한 연구 분야의 발전에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

우선 우주의 암흑시기(dark age) 직후 처음으로 생성된 별과 은하를 연구할 수 있습니다.

이들은 현재 우리로 부터 무척 먼 거리에 떨어져 있기 때문에 이들로부터 방출된 빛은 우주팽창에 의한 적색편이로(서브)밀리미터 파장영역에서 관측될 것입니다.

또 우리 은하나 가까운 외부 은하에서 생성중인 별과 행성을 0.01호초 이하의 고분해능으로 관측해 이들의 생성원리와 과정을 자세히 연구할 수 있습니다.

ALMA는 넓은 대역폭으로 다수의 스펙트럼선을 동시에 관측하므로 별과 행성을 형성하는 분자운에서 일어나는 복잡한 성간화학 현상을 연구하는데도 크게 기여할 전망입니다.

이 밖에도 우리 은하와 외부 은하의 가스와 먼지의 분포 및 물리, 화학, 동역학 성질을 규명하고, 별의 물리량 및 물질 방출현상을 연구하고, 태양풍의 기원을 연구하는 등 다양한 연구주제를 수행할 예정입니다.


◆ 한국 천문학계의 ALMA 관련 활동

한국 천문학계에서는 아직 초기단계이긴 하지만 한국천문연구원 중심으로 동아시아 ALMA 컨소시엄에 참여하려는 노력이 진행 중입니다.

ALMA는 한국천문연구원에서 운영하고 있는 한국우주전파관측망(KVN)과 상호보완적인 관계에 있기 때문에 한국의 ALMA 참여는 국내 천문학자들이 KVN을 활용해서 우수한 연구성과를 창출하는데도 크게 기여할 전망입니다.

KVN을 활용하면 0.001호초대 분해능의 관측자료를 얻을 수 있지만 우리은하의 메이저원이나 활동성 은하핵(AGNs) 등 초고밀도 구조에서 방출되는 강한 메이저선이나 연속파만 관측할 수 있습니다.

ALMA는 분해능이 0.01호초으로 KVN 보다 낮지만 높은 주파수대역에서 다양한 크기의 구조에서 방출되는 메이저선과 연속파는 물론 수많은 분자선을 관측할 수 있습니다.

따라서 KVN과 ALMA를 함께 이용해서 특정 천체를 관측하면 그 천체의 다양한 면을 통합적으로 연구할 수 있습니다.

예를 들면 별 생성 연구 분야의 경우 별 생성 과정의 핵심 구성원인 강착원반과 제트의 구조나 성질을 이해하는 것이 중요한 연구 주제인데, ALMA을 이용한 분자선과 연속파 관측자료와 KVN으로 얻어진 메이저 관측 자료를 결합하면 강착원반과 제트의 구조 및 물리, 화학, 동역학 성질을 규명하는데 시너지효과가 클 것으로 기대됩니다.


posted by 글쓴이 과학이야기