천문학자들은 지금까지 본 것 중 가장 선명한 모습을 포착했습니다.

• 단일 망원경으로 더 선명한 시야: 일반적으로 천문학자들은 멀리 있는 별과 은하의 가장 선명한 이미지를 얻기 위해 여러 개의 망원경을 함께 연결합니다. UCLA가 이끄는 팀은 이제 스타의 기록적인 세부 사항을 달성했습니다. 베타개자리 마이너 광자 랜턴이라는 획기적인 장치가 장착된 단 하나의 망원경을 사용합니다.
• 작동 방식: 광자 랜턴은 별빛을 미묘한 공간 패턴을 포착하는 여러 개의 미세한 채널로 나눕니다. 고급 계산 기술은 이러한 채널을 결합하여 손실될 수 있는 세부 정보로 가득 찬 고해상도 이미지를 재구성합니다.
• 천문학의 새로운 개척지: 이 혁신적인 접근 방식을 통해 과학자들은 이전보다 더 작고, 더 희미하고, 더 멀리 있는 물체를 탐색할 수 있으며, 우주의 숨겨진 구조에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 새로운 발견을 촉발할 수 있습니다.

단일 망원경으로 보는 획기적인 광경

처음으로 천문학자들은 지상 망원경의 새로운 이미징 방법을 사용하여 먼 별을 둘러싸고 있는 원반의 가장 상세한 모습을 포착했습니다. UCLA 연구진이 주도한 이번 성과는 이전에는 볼 수 없었던 숨겨진 구조를 드러냈다. 이 획기적인 발전은 과학자들이 별, 행성 및 기타 천체에 대한 더 미세한 세부 사항을 연구할 수 있는 길을 열어 잠재적으로 우리가 우주를 탐험하는 방식을 변화시킬 수 있습니다.

희미하거나 멀리 있는 물체를 드러내는 망원경의 능력은 크기에 따라 달라집니다. 더 큰 망원경은 더 많은 빛을 수집할 수 있으므로 더 어두운 대상을 볼 수 있고 더 선명한 이미지를 생성할 수 있습니다. 일반적으로 여러 개의 망원경을 함께 연결하여 배열을 형성함으로써 가장 높은 수준의 세부 사항에 도달합니다. 이러한 대형 도구를 제작하거나 연결하는 것은 오랫동안 새로운 우주의 특징을 발견하는 데 필요한 정밀도를 달성하는 열쇠였습니다.

광랜턴으로 빛 활용하기

천문학자들은 광자 랜턴이라는 장치를 사용하여 이제 망원경으로 수집한 빛을 더 잘 활용하여 초고해상도 이미지를 생성할 수 있습니다. 이 돌파구의 세부 사항은 다음과 같습니다. 천체 물리학 저널 편지.

“천문학에서는 일반적으로 망원경을 서로 연결하여 가장 선명한 이미지 세부 정보를 얻습니다. 하지만 우리는 단일 망원경으로 빛을 특별히 설계된 광자 랜턴이라고 하는 광섬유에 공급하여 이를 수행했습니다. 이 장치는 별빛을 변동 패턴에 따라 분할하여 그렇지 않으면 손실되는 미묘한 세부 사항을 유지합니다. 출력 측정값을 재조립함으로써 우리는 주변 디스크의 매우 고해상도 이미지를 재구성할 수 있습니다. 근처의 별”이라고 제1저자이자 UCLA 박사과정생인 김유정이 말했다.

광자 랜턴은 들어오는 빛을 빛의 파면 모양에 따라 여러 채널로 나눕니다. 마치 음악의 화음에서 음을 분리하는 것과 같습니다. 또한 빛을 색상별로 나누어 무지개와 같은 스펙트럼을 생성합니다. 이 장치는 시드니 대학과 센트럴 플로리다 대학에서 설계하고 제작했으며 파리 천문대와 하와이 대학이 개발하고 주도하는 FIRST-PL 장비의 일부를 구성합니다. 이 시스템은 일본 국립천문대가 운영하는 하와이 스바루 망원경의 스바루 코로나그래픽 익스트림 적응광학 장비에 설치됐다.

“나를 가장 흥분시키는 것은 이 장비가 최첨단 포토닉스와 여기 하와이에서 수행되는 정밀 엔지니어링을 결합한다는 것입니다.”라고 빌드를 주도한 하와이 대학교 우주 과학 및 엔지니어링 이니셔티브 교수진인 Sebastien Vievard는 말했습니다. “이것은 전 세계와 여러 분야에 걸친 협력이 문자 그대로 우리가 우주를 보는 방식을 어떻게 바꿀 수 있는지를 보여줍니다.”

기존 이미징 한계를 넘어서다

빛을 분리하고 분석하는 이 방법은 미세한 세부 사항을 볼 수 있는 새로운 방법을 가능하게 하며 기존 망원경 카메라보다 더 선명한 해상도를 달성합니다.

UCLA 물리학 및 천문학 교수 Michael Fitzgerald는 “주어진 크기의 망원경에 대해 빛의 파동 특성은 기존 이미징 카메라로 관찰할 수 있는 세부 사항의 정밀도를 제한합니다. 이를 회절 한계라고 하며 우리 팀은 광랜턴을 사용하여 이 개척지에서 달성할 수 있는 작업을 발전시키기 위해 노력해 왔습니다”라고 말했습니다.

캘리포니아 공과대학 연구의 공동 리더인 Nemanja Jovanovic은 “이 연구는 천문학에서 새로운 종류의 측정을 가능하게 하는 광자 기술의 잠재력을 보여줍니다.”라고 말했습니다. “우리는 이제 막 시작했습니다. 가능성은 정말 흥미진진합니다.”

처음에 연구자들은 지구 대기의 난기류라는 큰 도전에 직면했습니다. 더운 날 먼 지평선이 물결 모양으로 보이게 만드는 동일한 반짝임 효과로 인해 별빛이 공기를 통과하면서 깜박이고 왜곡됩니다. 이를 수정하기 위해 Subaru Telescope 팀은 이러한 왜곡을 상쇄하고 실시간으로 광파를 안정화하기 위해 지속적으로 조정하는 기술인 적응 광학을 사용했습니다.

김 연구원은 “이 광섬유를 이용해 공간정보를 측정하고 복구하려면 매우 안정적인 환경이 필요하다”고 말했다. “적응광학을 사용하더라도 광랜턴은 파면 변동에 너무 민감해서 남아 있는 대기 난류를 필터링하기 위한 새로운 데이터 처리 기술을 개발해야 했습니다.”

놀라운 세부 사항으로 베타 캐니스 마이너(Beta Canis Minor) 탐험하기

연구팀은 작은개자리에서 약 162광년 떨어진 곳에 위치한 베타 작은개자리(β CMi) 별을 관찰하여 기술을 테스트했습니다. 이 별은 빠르게 회전하는 수소 원반으로 둘러싸여 있습니다. 디스크 속의 가스가 움직일 때 지구를 향해 회전하는 쪽은 더 파랗게 보이고 멀어지는 쪽은 더 붉게 보입니다. 이는 도플러 효과(움직이는 자동차 소리의 피치를 변경하는 것과 동일한 현상)의 결과입니다. 이러한 색상 변화는 파장에 따라 별빛의 겉보기 위치를 약간 변경합니다.

연구원들은 새로운 계산 방법을 적용하여 이러한 색상 기반 위치 이동을 이전보다 약 5배 더 정밀하게 측정했습니다. 디스크의 회전을 확인하는 것 외에도 디스크가 한쪽으로 치우쳐 있는 것도 발견했습니다.

“우리는 이와 같은 비대칭성을 발견할 것이라고는 예상하지 못했습니다. 그리고 그 존재를 설명하는 것은 이러한 시스템을 모델링하는 천체물리학자들의 과제가 될 것입니다”라고 김씨는 말했습니다.

우주를 보는 새로운 방법

이 혁신적인 접근 방식을 통해 천문학자들은 전례 없는 선명도로 더 작고 더 멀리 있는 물체를 관찰할 수 있습니다. 이는 오랜 우주 미스터리를 해결하는 데 도움이 될 수 있으며, β CMi 주변의 한쪽으로 치우친 디스크의 경우처럼 완전히 새로운 미스터리를 발견하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 프로젝트에는 하와이 대학의 우주 과학 및 엔지니어링 이니셔티브, 일본 국립 천문대, 캘리포니아 공과 대학, 애리조나 대학, 일본 우주생물학 센터, 파리 천문대, 센트럴 플로리다 대학, 시드니 대학, 캘리포니아 산타 크루즈 대학의 과학자들이 참여한 국제 협력이 포함되었습니다.