과학자들은 외계행성을 이미지화할 수 있는 중력 망원경을 설명합니다

1992년 첫 번째 외계행성이 발견된 이후 천문학자들은 다른 별 주위를 도는 5,000개 이상의 행성을 발견했습니다. 그러나 천문학자들이 새로운 외계행성을 발견할 때 우리는 그것에 대해 많이 배우지 못합니다. 우리는 그것이 존재하고 그것에 대한 몇 가지 특징을 알고 있지만 나머지는 미스터리입니다.

망원경의 물리적 한계를 피하기 위해 스탠포드 대학의 천체 물리학자들은 현재 사용 중인 가장 강력한 이미징 기술보다 1,000배 더 정밀한 새로운 개념의 이미징 기술을 연구해 왔습니다. 렌즈라고 불리는 시공간의 중력의 뒤틀림 효과를 이용함으로써 과학자들은 잠재적으로 이 현상을 조작하여 오늘날의 어떤 것보다 훨씬 더 진보된 이미징을 만들 수 있습니다.

 

천체물리학 저널( The Astrophysical Journal ) 에 5월 2일 발표된 논문 에서 연구원들은 태양계 외부의 행성을 보기 위해 태양 중력 렌즈 를 조작하는 방법을 설명합니다 . 망원경, 태양, 외계행성을 태양이 가운데에 위치하도록 함으로써 과학자들은 태양의 중력장을 이용하여 외계행성이 지나갈 때 빛을 확대할 수 있었습니다. 빛을 굴절시키는 곡면 이 있는 돋보기 와 대조적으로 중력 렌즈 는 멀리 있는 물체를 촬영할 수 있는 곡면 시공간을 가지고 있습니다.

 

스탠퍼드대 인문과학부 물리학 교수인 브루스 매킨토시(Bruce Macintosh)는 "우리는 우리 태양계 행성의 사진만큼 좋은 다른 별 주위를 도는 행성의 사진을 찍고 싶다"고 말했다. 카블리 입자 천체 물리학 및 우주론 연구소(KIPAC) 부소장. "이 기술로 우리는 아폴로 8호의 지구 사진과 같은 영향을 미치는 100광년 떨어진 행성의 사진을 찍기를 희망합니다."

문제는 현재 그들이 제안한 기술이 현재 이용 가능한 것보다 더 진보된 우주 여행을 요구할 것이라는 점입니다. 그럼에도 불구하고, 이 개념의 약속과 그것이 다른 행성에 대해 밝힐 수 있는 것은 계속 고려하고 개발할 가치가 있다고 연구원들은 말했습니다.

 

라이트 벤딩의 장점

중력 렌즈는 1919년 일식 동안 실험적으로 관찰되지 않았습니다. 달이 태양으로부터 오는 빛을 가리고 있기 때문에 과학자들은 알려진 위치에서 오프셋된 태양 근처의 별을 볼 수 있었습니다. 이것은 중력이 빛을 구부릴 수 있다는 명백한 증거이자 아인슈타인의 상대성 이론이 옳았다는 최초의 관측 증거였습니다. 나중에 1979년에 스탠포드 대학의 교수인 Von Eshleman은 천문학자와 우주선이 태양 중력 렌즈를 어떻게 활용할 수 있었는지에 대한 자세한 설명을 발표했습니다. (한편, 스탠포드의 KIPAC에 있는 많은 천문학자들은 이제 우주의 초기 진화를 연구하기 위해 가장 무거운 은하의 강력한 중력을 일상적으로 사용합니다.)

 

태양 중력 렌즈에 의해 투영된 태양 주위의 빛의 고리를 사용하여 지구를 재구성한 예. 이 재구성을 가능하게 하는 알고리즘은 우수한 이미징을 위해 외계행성에 적용될 수 있습니다. 

 

그러나 2020년이 되어서야 행성을 관찰하기 위해 이미징 기술이 자세히 연구되었습니다. 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology) 제트 추진 연구소의 슬라바 투리셰프(Slava Turyshev)는 우주 기반 망원경이 로켓을 사용하여 행성의 광선 주위를 스캔하여 선명한 그림을 재구성할 수 있지만 이 기술에는 많은 연료와 시간이 필요한 기술을 설명했습니다.

 

Turyshev의 작업을 바탕으로 Alexander Madurowicz, Ph.D. KIPAC의 학생이 태양을 직접 보고 찍은 단일 이미지에서 행성 표면을 재구성할 수 있는 새로운 방법을 발명했습니다. Madurowicz가 설계한 알고리즘은 외계행성에 의해 형성된 태양 주위의 빛의 고리를 포착함으로써 고리를 다시 둥근 행성으로 바꾸는 중력 렌즈의 굽힘을 반전시켜 고리의 빛을 왜곡하지 않을 수 있습니다.

 

Madurowicz는 지구와 태양 사이에 있는 위성 DSCOVR이 촬영한 회전하는 지구의 이미지를 사용하여 자신의 작업을 시연했습니다. 그런 다음 그는 컴퓨터 모델을 사용하여 태양 중력의 뒤틀림 효과를 통해 지구가 어떻게 생겼는지 확인했습니다. 그의 알고리즘을 관측에 적용함으로써 Madurowicz는 지구의 이미지를 복구하고 그의 계산이 옳았다는 것을 증명할 수 있었습니다.

태양 중력 렌즈를 통해 외계 행성 이미지를 캡처하려면 망원경을 명왕성보다 태양에서 최소 14배 멀리, 우리 태양계 의 가장자리를 지나서, 인간이 우주선을 보낸 것보다 더 멀리 배치해야 합니다. 그러나 거리는 태양과 외계행성 사이의 광년의 아주 작은 부분입니다.

 

Madurowicz는 "태양에 의해 구부러진 빛을 구부림으로써 일반 망원경의 이미지를 훨씬 뛰어 넘는 이미지를 만들 수 있습니다."라고 말했습니다. "그래서, 과학적 잠재력은 아직 존재하지 않는 이 새로운 관찰 능력을 열어주기 때문에 아직 미개척된 미스터리입니다."

 

태양계 너머의 명소

현재 과학자들이 설명하는 해상도로 외계행성 을 촬영 하려면 지구보다 20배 더 넓은 망원경이 필요합니다. 망원경처럼 태양의 중력을 사용함으로써 과학자들은 이것을 거대한 자연 렌즈로 이용할 수 있습니다. 태양 중력 렌즈와 결합된 허블 크기의 망원경은 표면의 미세한 세부 사항을 포착할 수 있는 충분한 전력으로 외계 행성을 이미지화하기에 ​​충분할 것입니다.

 

"태양 중력 렌즈는 관찰을 위한 완전히 새로운 창을 열어줍니다."라고 Madurowicz가 말했습니다. "이것은 우리가 지금 조사할 방법이 없는 구름의 분포와 표면 특징뿐만 아니라 행성 대기의 상세한 역학을 조사할 수 있게 해줄 것입니다."

Madurowicz와 Macintosh는 모두 이 기술이 배포되기까지 최소 50년, 아마도 더 오래 걸릴 것이라고 말합니다. 이를 채택하려면 현재 기술로 렌즈까지 이동하는 데 100년이 걸릴 수 있기 때문에 더 빠른 우주선이 필요합니다. 태양 돛이나 태양을 중력 새총으로 사용하면 그 시간은 20년 또는 40년만큼 짧을 수 있습니다. 타임라인의 불확실성에도 불구하고 일부 외계 행성에 대륙이나 바다가 있는지 여부를 확인할 가능성이 있다고 매킨토시가 말했다. 둘 중 하나의 존재는 먼 행성에 생명체가 있을 수 있다는 강력한 지표입니다.

 

매킨토시는 "이것은 다른 행성에 생명체가 있는지 알아내는 마지막 단계 중 하나"라고 말했다. "다른 행성의 사진을 찍음으로써 당신은 그것을 볼 수 있고 아마도 숲인 녹색 견본과 바다인 푸른 반점을 볼 수 있을 것입니다. 그것으로 그것이 생명이 없다고 주장하기 어려울 것입니다."