지상에서 바라본 우주 하늘


◆ 빛은 1년간 얼마나 이동할까?
1광년(光年). 천문학에서 주로 사용하는 거리의 단위로 진공 상태에서 빛이 1년 동안 이동한 거리를 뜻합니다.
감이 잘 안 오는데요. 계산을 해볼까요?
1년은 365.25일(31,557,600초)이고, 빛의 속도는 299,792,458 m/s이므로 1광년은 31,557,600초 x 299,792,458 m/s가 되겠네요.
그래서 이게 얼마냐고요? 우리가 일상에서 사용하는 km로 바꿔보면, 대략 9조 4607억 304 바다이야기하는법 7만 2580 km라고 합니다. 정신이 아득해지는 숫자입니다.

자, 그럼 '30억 광년'의 거리는 어떨까요. 상상조차 쉽지 않은 그 거리를 잴 수 있는 방법이 있긴 할까요? 그 어려운 걸 국내 연구팀이 해냈습니다.




바다이야기예시 표준촛불과 표준척도 개념도




◆ 우주까지의 거리를 재는 방법

천체까지 거리를 측정하는 일은 우주를 이해하는 데 아주 중요한 조건이라고 합니다.

우주에서 우리은하를 벗어 릴게임모바일 나 다른 은하까지의 거리를 측정하는 대표적인 방법은 고유 밝기를 알고 있는 '표준촛불(standard candle)'과 고유 크기를 알고 있는 '표준척도(standard ruler)'를 이용하는 겁니다.

고유 밝기를 알고 있는 천체가 있다면, 지구에서 얼마만큼 희미해 보이는지 겉보기 밝기만 알아도 그 천체까지의 바다이야기pc버전다운 거리를 측정할 수 있고 고유 크기를 알고 있는 천체의 겉보기 각크기를 알면 그 천체까지의 거리를 측정할 수 있기 때문입니다.

조금 더 자세히 설명하자면, 먼저 '표준촛불'은 그 고유 밝기를 알고 있는 천체로서, 겉보기 밝기를 측정하면 그 겉보기 밝기가 고유 밝기에 비해 거리의 제곱에 반비례해 어두워지는 물리적 릴게임뜻 원리를 이용하여 매우 정확하게 거리를 측정할 수 있는 천체입니다.

제Ia형 초신성, 신성, 구상성단, 세페이드 변광성 등이 그 예로, 인류가 발견한 표준촛불들은 모두 우주에 대한 인류의 이해를 확장하는 데 큰 역할을 했습니다.

다음으로 '표준척도'는 그 크기를 알고 있는 천체 또는 천체구조로서, 그 각크기를 측정하면 각크기가 실제 거리에 반비례하여 작아지는 물리적 원리를 이용해 매우 정확하게 거리를 측정할 수 있는 천체를 의미합니다.

마치 불꽃놀이에서 불꽃의 폭발 지점까지의 거리를 계산하는 것과 같은 원리로, 불꽃이 폭발 시점에서 최대 밝기까지 걸리는 시간과 불꽃이 팽창하는 속도를 관측한다면 불꽃의 최대 크기를 계산할 수 있는 겁니다.

한국천문연구원 이상성 박사가 이끄는 연구팀은 미국 초장기선간섭계(이하 VLBA, Very Long Baseline Array)의 15년 관측자료를 비롯해 장기간 축적된 전파 관측자료를 활용해 우주에서 가장 밝은 천체 중 하나인 활동은하핵(AGN, Active Galactic Nucleus)의 밝기 변화와 그 밝기가 변하는 영역의 각크기 그리고 고유 밝기를 통해 우주 거리를 정확히 측정할 수 있음을 검증했습니다.





전파 영역에서 촬영한 블레이자




◆ 30억 광년의 거리를 재다

우주에는 먼 거리에서 밝은 천체들이 존재하며, 그 중 하나가 활동은하핵입니다. 이 은하핵은 다양한 파장에서 대량의 에너지를 방출하는 특별한 활동성이 보이는 은하의 중심 영역을 말하는데, 태양 질량의 백만 배에서 수십억 배 질량에 이르는 초대질량블랙홀이 존재한다고 알려져 있습니다.

초대질량블랙홀이 주변 물질을 빨아들이고 그 과정에서 부착원반을 형성하며 그 중심에서 원반의 수직 방향으로 물질을 내뿜는 제트가 형성되는데, 이 제트는 빛의 속도에 가깝게 빠르게 분출되며 아주 강한 복사에너지를 방출합니다.

연구진은 약 15년간의 VLBA 관측자료와 12년간의 오웬스밸리 전파망원경(OVRO) 자료를 분석해 지구에서 약 30억 광년 떨어진 블레이자 'TXS 0506+056'의 거리를 정밀하게 측정했습니다.

TXS 0506+056은 강한 상대론적 밝기 증폭 효과 덕분에 먼 거리에서도 매우 밝은 전파원으로 최초로 고에너지 중성미자가 검출된 활동은하핵이기도 합니다. 이러한 특성 때문에 우주 구조와 팽창을 연구하는 데 중요한 관측 대상으로 꼽혀왔던 천체이기도 합니다.

연구팀은 특히 중성미자 검출 이후 전파 밝기가 급격히 증가하는 전파 폭발(flare) 현상에 주목해, 밝기 변화 속도와 방출 영역의 각크기를 바탕으로 천체까지의 거리를 계산했습니다.

그 결과, 전파 폭발은 블레이자 중심부에서 발생하며, 이 폭발이 최대 밝기에 도달하는 시점의 관측값을 이용할 때 가장 정확한 거리 측정이 가능하다는 사실을 확인했습니다. 이를 통해 계산된 TXS 0506+056의 거리는 약 30.7억 광년으로 드러났습니다.

이번 연구 제1저자인 한국천문연구원/UST 송찬우 연구원은 "상대론적 효과 때문에 매우 먼 거리에서도 밝게 보이는 대신 관측값이 왜곡될 수 있는 블레이자를 거리 측정 수단으로 사용 가능함을 확인했으며, 앞으로 여러 밝은 고적색이동 블레이자 천체들을 대상으로 추가 검증을 시도할 것"이라고 전했습니다.

연구진은 더욱 먼 활동은하핵까지의 거리를 측정하고 표준촛불 및 표준척도로서의 활용 가능성을 검증해나갈 예정입니다. 또 후속 연구를 위해 한국천문연구원에서 운영하는 KVN을 호주, 스페인, 이탈리아 등의 전파망원경들과 연계해 미국의 VLBA를 능가하는 고해상도 국제 전파관측망도 구축한다는 계획입니다.

한편 본 연구는 Astronomy & Astrophysics 2026년 2월호에 게재됐습니다.

(사진=한국천문연구원)


조형준 취재 기자