제임스 웹 우주망원경의 뒤를 이을 로먼 우주망원경에 대해 아시나요? 로먼 우주망원경은 2027년에 발사가 예정된 미국의 차세대 우주망원경인데요. 이 망원경은 제임스웹 망원경과 다르게 가시광선을 탐지할 수 있어 허블 우주망원경의 직접적인 후속기기라고 합니다.
낸시 그레이스 로먼 우주망원경(Nancy Grace Roman Space Telescope)은 이전에는 광각 적외선 우주 망원경(Wide Field InfraRed Survey Telescope) (WFIRST)로 불렸습니다. 이 이름은 NASA의 초대 천문학장을 역임한 낸시 그레이스 로먼에서 따왔으며, 로먼은 '허블 우주망원경 프로젝트'의 기초를 만드는데 공언을 하였던 역사적인 과학자입니다. 로먼 우주망원경은 우주에 존재하는 수십억개의 은하를 촬영하고, 외계 행성을 탐사하며, 데이터를 통해 암흑 에너지의 증거를 탐색하는 등 및 중요한 역할을 맡게 될 것입니다.
로먼 우주망원경은 NASA가 주도하고 NASA의 고다드 우주 비행 센터 (GSFC)에서 관리하며, 2027년 5월에 스페이스X의 팰컨 헤비를 통해 발사될 예정입니다. 이 우주망원경은 2.4m(7.9피트)의 지름을 가진 주경을 가지며, 이는 허블 우주 망원경과 동일한 크기입니다. 하지만 로만 우주망원경의 광각 영상 및 분광 장치(Wide Field Instrument)는 허블 적외선 기기보다 100배 더 넓은 시야를 갖추고 있어 더 적은 관측 시간으로 더 많은 하늘을 촬영할 수 있습니다. 로먼 우주망원경을 이용하면 허블 우주망원경이 85년동안 촬영한 이미지의 양과 동일한 이미지를 63일만에 촬영할 수 있다고 합니다. 장비를 통해 로먼 우주망원경은 임무 기간 동안 수십억 개의 은하에서 빛을 측정할 것입니다. 또한, 미리 설정된 은하를 조사하여 약 2,600개의 외계 행성을 발견할 예정입니다.
또한 로먼 우주망원경의 코로나그래프 영상 및 분광 장치는 근처의 수십 개의 개별 외계 행성을 고대비 영상 및 분광학으로 측정할 것입니다. NASA의 제트 추진 연구소(JPL)에서 로만 코로나그래프 장치를 제작했으며, 검출기 유효성 검사와 코로나그래프의 관측 능력 개발에 참여하고 있습니다. GSFC는 로먼 우주망원경 프로젝트를 책임지고 있으며, 로먼 우주망원경 과학 센터의 기능은 적외선 처리 및 분석 센터(IPAC), 우주 망원경 과학 연구소(STScI) 및 GSFC가 공동으로 책임지고 있습니다.
로먼 우주망원경의 주요 임무 중 하나는 지구와 유사한 행성을 관측하기 위함입니다. 외계 항성의 반사광에서 보이는 외계 행성의 빛은 너무나 어두워서, 행성의 반사광에서 보이는 이미지를 직접 관측할 수 있는 기술이 필요합니다. 이를 위해 로만 우주 망원경에 장착된 로먼 코로나그래프 장치가 개발되었습니다.
반사된 별빛에서 볼 수 있는 외계 행성의 빛은 항성의 빛보다 100,000,000배 이상 더 어둡습니다. 로만 코로나그래프의 목적은 외계 항성에서 100밀리아크초 이상 떨어진 성간 거리에 위치한 거대 가스 행성(목성형 행성)들을 직접 이미징할 수 있는 기술을 개발하는 것입니다. 또한 그보다 더 어두운 암석형 행성(지구형 행성)의 이미지를 그리고 특성화하는데에도 목적이 있습니다. 로만 코로나그래프는 이러한 기술 개발을 위한 첫 번째 선봉으로, 이를 통해 외계에서 지구와 유사한 행성을 직접 관측하고 그 특성을 파악할 수 있는 발판을 마련할 예정입니다. 이러한 기술 개발을 위해 로만 코로나그래프는 지난 수십년간의 기술 발전을 기반으로 하여 다양한 실험과 검증을 거쳐왔습니다.
코로나그래프 영상 및 분광 장치는 고성능의 광학 기술과 첨단 알고리즘을 활용했습니다. 이 기기는 우주에서 적외선 분광관측을 가능하게 하는 피사계와 변형 가능한 거울 등의 기술을 활용합니다. 또한, 정밀한 웨이브프론트 제어, 민감한 광자 카운팅 이미징 디텍터, 선택 가능한 코로나그래프 관측 모드, 저분산도 분광학, 웨이브프론트 감지와 제어를 위한 첨단 알고리즘, 통합된 우주선 및 코로나그래프 모델링, 그리고 이미지와 스펙트럼 추출을 위한 후처리 방법 등의 기술도 함께 사용됩니다.
또한 로먼 우주망원경은 우주의 비밀인 '암흑 에너지'에 대해서도 탐지할 수 있을 것으로 기대되고 있는데요. 로먼 우주망원경은 우주의 거대한 파노라마를 만들어 암흑 에너지와 암흑 물질의 비밀을 밝할 것으로 기대되고 있습니다. NASA가 이를 위해 제시한 아이디어는 '우주의 시계를 되돌리는 것'인데요. 광범위한 이미지를 촬영하며 우주가 최초로 생성되었을때와 근접했던 136억년 전의 빛까지 탐지하여 거대한 파노라마 이미지를 만들면 우주의 기원이나 우주가 어떻게 변화해왔는지 탐지할 수 있다는 것이 이번 아이디어의 핵심입니다. 이를 통해 우주가 원시적인 전하로 가득 찬 물질의 바다에서 오늘날의 거대한 우주 구조 네트워크로 변화하는 과정을 이해할 수 있을 것입니다.
현재까지 관측 가능한 우주의 구조는, 보이지 않는 암흑 물질 선들을 따라 은하와 은하단이 뭉쳐 있는 형태로 나타나고 있습니다. 이것을 "Cosmic Web(우주의 거미줄)"이라고 하는데요. 이러한 구조는 수십억 광년에 걸쳐 뻗어나가며, 은하들은 이러한 선들의 교차점에서 발견된다고 합니다. 또한, 이러한 선들 사이에는거대한 공허가 존재하고 있는데요.
하지만 만약 우주의 시간을 되돌려서 바라본다면, 우리는 매우 다른 모습을 보게 될 것입니다. 우리가 예상하고 있는 우주 초기의 모델은 지금과 전혀 다른, 전기적으로 충전된 입자들로 이루어진 플라즈마의 바다라고 합니다. 이 공간에서 물질은 거의 균일한 상태였으나, 약간 더 밀도가 높은 작은 덩어리가 존재했고, 그 덩어리들은 주변보다 조금 더 많은 중력을 가지고 있었기 때문에 더 많은 물질을 끌어들이게 되었습니다. 그리고 시간이 흐름에 따라 이 덩어리들은 별들을 형성하게 되었습니다. 이러한 별들은 우주의 불가시적인 뒷받침으로 이루어진 어두운 물질에 의해 중력적으로 끌어당겨 은하를 형성하게 되었고, 이후 우리의 태양계와 같은 행성계가 탄생하게 되었습니다.
우주의 역사를 통해 이러한 변화를 파악하고 이해하기 위해서는 로먼 망원경이 촬영할 파노라마 뷰가 매우 큰 역할을 할 것이라고 합니다. 예를 들어, 천문학자들은 은하를 감싸고 있는 암흑 물질의 "헤일로"가 있을 것으로 예상하지만, 이것이 어떻게 형성되었는지는 예상하지 못하고 있습니다. 로먼 우주망원경은 암흑 물질로 인한 중력 렌즈 효과가 더 멀리 있는 물체의 모양을 왜곡하는 방법을 확인함으로써, 우주가 형성되고 발전하면서 이러한 암흑물질 헤일로가 어떻게 생성되었는지 발견할 수 있을 것이라 기대하고 있습니다.
NASA 고다드 우주 비행 센터의 박사후 연구원인 아론 영(Aaron Yung)은 “허블과 제임스 웹 우주 망원경은 우주 물체를 깊이 있게 살펴보고, 가까이서 볼 수 있는 것이 최적화되어 있으므로, 우주를 핀홀 렌즈를 통해 바라보는 것과 같습니다. 최대 규모의 우주 수수께끼를 풀기 위해서는 더 큰 시야를 제공하는 우주 망원경이 필요합니다. Roman이 딱 그 역할을 하도록 설계되었습니다”라고 말합니다. 즉, 로먼 우주망원경의 광각 촬영과 제임스웹의 심도깊은 촬영을 결합하면 보다 포괄적인 우주에 대한 시야를 제공할 수 있다는 것입니다.
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