플레이아데스 성단까지의 거리에 대한 논쟁을 잠재우다.

 

CREDIT: Alexandra Angelich, NRAO/AUI/NSF.

 

그림> 지구 공전궤도의 양끝단에서 관측을 수행하는 연주시차라는 기술은 거리를 가장 정확하게 측정하는 방법이다.

 

 

플레이아데스 성단까지의 거리에 대한 논쟁을 잠재우다.

 

천문학자들이 유명한 성단의 거리에 대한 의혹을 풀어내기 위해 광범위한 라디오파 망원경 네트워크를 활용하였다.

이 의혹은 별들이 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 과학자들의 기본적인 이해에 대해 잠재적인 도전이 되기도 한다.
이번에 새로 수행된 연구는 우주지도 탐사 위성에 의해 수행된 측정치가 잘못되었음을 알려주었다.

 

연구원들이 연구 대상으로 삼은 것은 겨울 밤하늘에 황소자리에서 쉽게 찾아볼 수 있는 그 유명한 플레이아데스 성단이었다.
이 성단은 1억년 전 형성된 어리고 뜨거운 별들을 수백 개나 품고 있다.

 

갓태어난 어린 성단으로서 지근거리에 존재하는 전형적인 예가 되는 플레이아데스 성단은 과학자들로 하여금 이와 유사한 성단들이 어떻게 형성되는지에 대한 이해를 정교화하기 위한 '우주의 연구소'로서 기능을 수행하고 있다.
게다가 천문학자들은 플레이아데스에 존재하는 별들의 물리적 특정을 규명하여 이를 보다 더 멀리 떨어져 있는 다른 성단의 거리를 측정하는데 활용하곤 한다.

 

1990년대까지 플레이아데스의 거리에 대해서는 지구로부터 430광년 거리로 합의되어왔다.
그러나 1989년 발사된 유럽유주국의 히파르코스 위성은 수천개의 별들의 거리와 위치를 측정한 결과 플레이아데스까지의 거리가 390광년이라는 결과가 도출되었다.

 

캘리포니아 대학 칼 멜리스(Carl Melis)의 설명은 다음과 같다.
"아마도 이 정도의 거리는 크게 느껴지지 않을 수도 있습니다.
그러나 플레이아데스에 위치하는 별들의 물리적 특성을 제대로 규명하는데 있어, 그리고  별들이 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 우리의 일반적인 지식에 있어 이는 하나의 도전과제가 되는 결과이기도 합니다.
몇몇 천문학자들은 히파르코스 위성의 측정 거리대로라면 아직 알려지지 않은 새로운 물리적 기재가 이와 같은 어린 별들에서 작용중일 것이라는 의견을 제시하기도 합니다."

 

이러한 문제를 해결하기 위해 멜리스와 그의 동료들은 전지구적인 라디오 전파 망원경 네트워크를 이용하여 가능한한 가장 정교한 거리 측정을 시도했다.
이번 작업에 참여한 전파 망원경은 하와이부터 버지니아 아일랜드까지 10개의 라디오 전파망원경을 활용하고 있는 초장축 배열(the Very Long Baseline Array, 이하 VLBA), 웨스트 버지니아의 로버트 C. 버드 그린뱅크 망원경, 푸에르토리코 아레시보 천문대의 304미터 구경 윌리암 E. 고든 망원경, 그리고 독일 에펠스버그 전파망원경이다.

 

국립전파천문대 에이미 미우드체브스키(Amy Miouduszewski)의 설명은 다음과 같다.
"이 망원경들이 함께 작업에 참여함으로써 우리는 지구 크기에 해당하는 망원경의 성능을 확보할 수 있었습니다.
이를 통해 극도의 정확성을 담보하는 측정치를 얻을 수 있었죠.
그 정확성은 뉴욕에서 로스앤젤레스에 있는 25센트 동전의 두께를 측정하는 정도에 해당한답니다."
 

천문학자들은 이러한 네트워크 체계를 이용하여 플레이아데스의 별 여러개를 1년 반 이상 관측하였고, 지구의 자전으로 인해 발생하는 각 별의 겉보기 이동치를 확보하게 되었다.

 

지구 공전궤도의 양쪽 반대 방향에서 별을 보게 되면 별은 훨씬 더 멀리 떨어진 우주를 배경으로 미미한 움직임을 보인다는 것을 알 수 있다.
시차라 불리는 이러한 기술은 천문학자들이 보유한 가장 정확한 거리 측정 방법으로서 이는 단순한 삼각함수에 기반을 두고 있다.

 

이 작업의 결과로 나온 플레이아데스 성단까지의 거리는 443광년으로서 천문학자들에 의하면 이 측정치의 오차는 1%수준이다.
이번 측정은 플레이아데스 성단까지의 거리 측정으로서는 가장 정밀한 측정에 해당되는 것이다.

 

멜리스는 이러한 결과를 보고 안도하게 됐다고 말했다.
이번에 새로 시도된 거리 측정은 히파르코스 이전의 측정 거리와 거의 비슷하기 때문에 이는 별 생성에 대한 표준 과학 모델이 플레이아데스에도 그대로 적용된다는 것을 의미하기 때문이다.
한편 멜리스는, 그렇다면 히파르코스 위성에 무슨일이 있었던 것인지가 의문이라고 말했다.

 

4년이 넘는 운용기간동안 히파르코스 위성은 11만 8천개 별의 거리를 측정하였다.
플레이아데스의 거리 측정 과정에서 문제를 발생시킨 요인을 지금으로서는 알 수 없다.
2013년 12월에 발사된 가이아 위성은 동일한 기술을 활용하여 10억개에 달하는 별의 거리를 측정할 것이다.

 

하바드-스미스소니언 천체물리센터의 마크 레이드(Mark Reid)는 이번에 플레이아데스에 대해 수행된 라디오 전파망원경 네트워크를 이용한 거리 측정은 가이아 위성의 측정 정확도를 담보하기 위한 핵심적인 상호 검증 자료로서 활용될 것이라고 말했다.

 

아메라카 원주민들을 비롯한 수많은 고대 문화권에서 플레이아데스는 시력을 측정하는 도구로 활용되곤 했다.
플레이아데스의 별을 더 많이 식별해낼수록 - 일반적으로 5개에서 9개까지 - 더 좋은 시력을 가진 사람이었던 것이다.

 

멜리스는 플라아데스에 대해 오랫동안 진행되어온 과학적 논쟁을 해결하기 위해 자신들이 사용한 방법은 현대 천문학에서 가장 우수한 시력에 의해 제공이 가능했던 것이라고 말했다.

멜리스와 미우드체브스키 그리고 레이드는 스피처 우주망원경 센터의 존 스타우퍼(John Stauffer)와 시니카 천문학 및 천체물리학 연구소의 제프리 바우어(Geoffrey Bower)와 함께 이 작업을 수행했다.

 

이번 연구 결과는 8월 29일 사이언스 저널 지에 개재되었다.

 

CREDIT: NOAO/AURA/NSF.

 

사진> 플레이아데스 성단의 가시광 사진

 

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2014년 1월 6일자
          https://public.nrao.edu/news/pressreleases/radio-telescopes-settle-controversy

 

참고 : 우주의 거리측정에 대한 내용 등 각종 우주 일반에 대한 내용은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346979

 

원문>

Embargoed For Release: 2:00 p.m., EDT, Thursday, 28 August 2014

Radio Telescopes Settle Controversy Over Distance to Pleiades

Astronomers have used a worldwide network of radio telescopes to resolve a controversy over the distance to a famous star cluster -- a controversy that posed a potential challenge to scientists' basic understanding of how stars form and evolve. The new work shows that the measurement made by a cosmic-mapping research satellite was wrong.

The astronomers studied the Pleiades, the famous "Seven Sisters" star cluster in the constellation Taurus, easily seen in the winter sky. The cluster includes hundreds of young, hot stars formed about 100 million years ago. As a nearby example of such young clusters, the Pleiades have served as a key "cosmic laboratory" for refining scientists' understanding of how similar clusters form. In addition, astronomers have used the measured physical characteristics of Pleiades stars as a tool for estimating the distance to other, more distant, clusters.

Until the 1990s, the consensus was that the Pleiades are about 430 light-years from Earth. However, the European satellite Hipparcos, launched in 1989 to precisely measure the positions and distances of thousands of stars, produced a distance measurement of only about 390 light-years.

"That may not seem like a huge difference, but, in order to fit the physical characteristics of the Pleiades stars, it challenged our general understanding of how stars form and evolve," said Carl Melis, of the University of California, San Diego. "To fit the Hipparcos distance measurement, some astronomers even suggested that some type of new and unknown physics had to be at work in such young stars," he added.

To solve the problem, Melis and his colleagues used a global network of radio telescopes to make the most accurate possible distance measurement. The network included the Very Long Baseline Array (VLBA), a system of 10 radio telescopes ranging from Hawaii to the Virgin Islands; the Robert C. Byrd Green Bank Telescope in West Virginia; the 1,000-foot-diameter William E. Gordon Telescope of the Arecibo Observatory in Puerto Rico; and the Effelsberg Radio Telescope in Germany.

"Using these telescopes working together, we had the equivalent of a telescope the size of the Earth," said Amy Miouduszewski, of the National Radio Astronomy Observatory (NRAO). "That gave us the ability to make extremely accurate position measurements -- the equivalent of measuring the thickness of a quarter in Los Angeles as seen from New York," she added.

The astronomers used this system to observe several Pleiades stars over about a year and a half to precisely measure the apparent shift in each star's position caused by the Earth's rotation around the Sun. Seen at opposite ends of the Earth's orbit, a star appears to move slightly against the backdrop of more-distant cosmic objects. Called parallax, the technique is the most accurate distance-measuring method astronomers have, and relies on simple trigonometry.

The result of their work is a distance to the Pleiades of 443 light-years, accurate, the astronomers said, to within one percent. This is the most accurate and precise measurement yet made of the Pleiades distance.

"This is a relief," Melis said, because the newly-measured distance is close enough to the pre-Hipparcos distance that the standard scientific models of star formation accurately represent the stars in the Pleiades.

"The question now is what happened to Hipparcos?" Melis said. Over four years of operation, the spacecraft measured distances to 118,000 stars. The cause of its error in measuring the distance to the Pleiades is unknown. Another spacecraft, Gaia, launched in December of 2013, will use similar technology to measure distances of about one billion stars.

"Radio-telescope systems such as the one we used for the Pleiades will provide a crucial cross-check to insure the accuracy of Gaia's measurements," said Mark Reid, of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Many ancient cultures, including Native Americans, used the Pleiades as a test of vision. The more Pleiades stars one can discern -- typically five to nine -- the better one's vision.

"Now we've used a system that provides modern astronomy's sharpest 'vision' to solve a longstanding scientific debate about the Pleiades themselves," said Melis.

Melis, Miouduszewski, and Reid worked with John Stauffer of the Spitzer Science Center, and Geoffrey Bower of the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics. The scientists published their findings in the 29 August issue of the journal Science.

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

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