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[IT뉴스]블랙홀 더 선명하게 본다…여러 전파망원경 관측 오차 없애

온카뱅크관리자

2026-01-15 10:27:36

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST 
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 천문연이 운영하는 KVN평창망원경에서 왼쪽부터 KAIST 최준용, 정우송 연구원, 김정원 교수, 백지훈 연구원. KAIST 제공.
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 전파망원경이 아주 먼 블랙홀을 선명하게 관측하려면 여러 대의 전파망원경이 하나처럼 정확히 같은 시각에 신호를 포착해야 한다. 과학자들이 여러 대의 전파망원경이 관측한 시점과 위상을 정밀하게 맞추는 새로운 기술을 개발했다. 
 KAIST는 김정원 기계공학과 교수 연구팀이 한국천문연구원, 한국표준과학연구원, 독일 막스플랑크 전파천문연구소와 공동으로 ‘광주파수빗’ 레이저를 전파망원경 수신기에 직접 적용하는 기술을 세계 최초로 구현했다고 15일 밝혔다. 블랙홀과 같은 천체를 보다 정밀하고 선명하게 관측할 수 있는 기술로 심우주 탐사, 차세대 원자시계 등 초정밀 계측 분야에도 활용할 수 있다.
 연구 성과는 국제 학술지 ‘빛: 과학&amp;응용(Light: Science &amp; Applications)’ 1월 4일자에 게재됐다. 
 일반적인 레이저는 한 가지 주파수(색)만 내지만, 광주파수빗 레이저는 수만 개 이상의 매우 정확한 주파수들이 일정한 간격으로 줄지어 배열돼 있다. 마치 빗처럼 보여 ‘주파수 빗(frequency comb)’이라는 이름이 붙었다. 
 광주파수빗 레이저는 각 빗살 하나하나의 주파수를 정확히 알 수 있고 그 간격 또한 원자시계 수준으로 정밀하게 맞출 수 있어 과학자들 사이에서는 ‘빛으로 만든 초정밀 자’로 불린다.
 여러 전파망원경이 동시에 천체의 전파 신호를 관측하는 초장기선 전파간섭계(VLBI) 기술의 핵심은 각 망원경이 수신한 전파 신호를 마치 하나의 정밀한 자에 맞춰 정렬하듯 위상(phase)을 일치시키는 것이다. 기존 전자식 기준 신호 방식은 관측 주파수가 높아질수록 기준이 되는 신호 자체가 미세하게 흔들려 정밀한 위상 보정을 수행하기 어렵다.
 KAIST 연구진은 기준 신호의 생성 단계부터 빛(레이저)을 활용해 위상 정렬의 근본적인 정밀도를 높이기 위해 광주파수빗 레이저를 전파망원경 내부로 직접 전달하는 방식을 개발했다. 기준 신호 생성과 위상 보정 문제를 하나의 광학 시스템으로 동시에 해결한 것이다.
 기존 방식이 관측 주파수가 올라갈수록 ‘눈금이 미세하게 떨려 위상을 맞추기 어려운 자’와 같았다면 이번 기술은 ‘극도로 안정적인 빛으로 위상을 고정하는 초정밀 자’로 기준을 세운 셈이다. 그 결과 멀리 떨어진 전파망원경들이 하나의 거대한 망원경처럼 정교하게 연동될 수 있는 기반을 마련했다.
 개발한 기술은 한국우주전파관측망(KVN) 연세 전파망원경에서 시험 관측을 통해 검증됐다. 연구팀은 전파망원경 간 신호의 안정적인 간섭무늬(fringe)를 검출하는 데 성공했다. 정밀한 위상 보정이 가능하다는 사실도 실제 관측으로 입증했다. KVN 서울대 평창 전파망원경에도 추가 설치돼 여러 관측소를 동시에 사용하는 확장 실험으로 이어지고 있다. 
 연구팀은 블랙홀 이미지를 더욱 선명하게 관측할 수 있을 뿐 아니라 VLBI 관측에서 오랫동안 문제로 지적돼 온 장비 간 위상 지연 오차를 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
 연구팀은 향후 이번에 개발한 기술이 대륙 간 초정밀 시계 비교, 우주측지, 심우주 탐사선 추적 등 정밀한 시공간 측정이 필요한 첨단 분야로 확장 활용될 수 있을 것으로 보고 있다.
 김정원 KAIST 교수는 “이번 연구는 광주파수빗 레이저를 전파망원경에 직접 적용해 기존 전자식 신호 생성 기술의 한계를 뛰어넘은 사례”라며, “차세대 블랙홀 관측의 정밀도를 높이고, 주파수 계측과 시간 표준 분야 발전에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
 참고자료 DOI: 10.1038/s41377-025-02056-w   
 [김민수 기자 reborn@donga.com]
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