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밝은 변광 천체의 검출과 데이터베이스 구축에 대한 소개


모든 별들은 기본적으로 그 밝기가 시간에 따라 변하는데, 이러한 변광 현상은 별들의 물리적 특성을 이해하는 데 중요한 자료가 된다. 이러한 밝기 변화는 그 변화의 정도, 주기적인 반복성, 그리고 변화가 나타나는 시간의 전체적인 규모에서 차이가 있게 된다. 가장 직접적인 예는 태양의 밝기 변화를 들 수 있다. 태양의 경우에도 그 밝기가 흑점이 얼마나 많이 존재하는지 등에 따라서 미세하게나마, 우리가 보게 되는 태양의 밝기는 달리 관측되게 된다. 태양계의 규모를 벗어나, 우리 태양계가 속한 우리 은하 내의 별들을 살펴볼 때, 다양한 종류의 변광 현상이 발견된다. 일부는 두 개 이상의 별들이 짝을 지어 움직이면서 서로를 조금씩 가리게 됨에 따라서, 우리가 지구에서 관측하게 되는 밝기가 변화하게 된다. 우리 은하의 별들 이외에도, 은하 밖의 외부 은하 천체들 중에서도 관측될 수 있는 변광 현상을 보이기도 한다. 특별히, 잘 알려진 천체로서, 퀘이사는 그 중심에 거대한 질량의 블랙홀이 존재하고 있는 것으로 추측되고 있으며, 이 블랙홀 주변에서 나오는 빛이 다양한 시간의 규모에서 밝기 변화를 보이는 것으로 알려지고 있다. 전체적으로 검출 가능한 변광을 보이는 천체들은 소수이다. 따라서 관측된 자료에서 다수의 천체는 변광 현상을 가지고 있지 않다고 가정할 수 있다. 아래 그림들은 이러한 밝기 변화를 보이는 별들의 광도 곡선의 예를 보여준다.


여기서, 특별히 우리가 관심을 갖는 것은 밝은 천체들의 변광 현상이다. 망원경과 같은 기기의 도움 없이 일반 인간의 눈으로 볼 수 있는 천체들은,  천문학에서 6등급의 밝기를 가진 별까지이다. 등급의 숫자가 높아질수록 천체의 보이는 밝기가 어두운데, 6등급보다 어두운 천체들은 기기의 도움을 필요로 한다. 우리가 관심을 가지는 천체들은 밤하늘에서 6등급보다 어두우면서 14등급보다는 밝은 대상들이다. 이들 밝기에서는, 대부분의 천체들이 우리 은하의 별들이지만, 소수의 천체들은 우리 은하 밖의 퀘이사와 같은 천체로 생각된다.


우리가 이러한 밝은 천체들의 밝기 변화를 검출하는데 사용한 자료는 Northern Sky Variability Survey (NSVS)로 현재 구축되어 있는 데이터베이스 StarDB는 이미 분석이 끝난 NSVS의 분석 결과를 제공하고 있다. 분석 방법과 변광 천체 검출 방법은 출판된 논문(Shin et al., 2009)에 자세히 소개되어 있다. 먼저, 광도 곡선들로부터 그 형태와 변화를 기술해 줄 수 있는 8차원의 벡터 변수를 계산하게 된다. 그 다음에, 동일한 관측 자료의 특성을 보이는 광도 곡선의 자료들을 한 단위로 고려해서, 데이터 분석 방법인 클러스터링을 이용하여 어떤 천체들이 큰 클러스터에 속하는지, 또, 어떤 천체들이 그러한 큰 클러스터에 가깝게 분포하는지를 확인하게 된다. 변광을 보이는 천체들의 후보는, 이들 큰 클러스터에 속하지 않고, 또 8차원 공간에서 그들 큰 클러스터로부터 멀리 떨어진 천체들이  선택된다.


밝은 천체들의 변광에 대하여 NSVS 자료를 제공하는 것은, 현존하는 다른 자료들에 비교하여 천문학 연구에 있어서 몇 가지 특징적인 강점을 지니고 있다. 1) 한 천체에 대해서 수년에 걸친 장기간의 밝기 변화를 체계적으로 세계 천문학자들에게 제공할 수 있게 된다. 2) 우리의 방법론은 변광 천체를 찾는 연구에서는 처음으로 시도된 경우로, 다른 연구자들이 시도해왔던 방법론을 보완하면서 새로운 가능성을 제시할 수 있다. 3) 앞으로 계획된 다른 천문학 프로젝트 중에서, 우리가 대상으로 하는 밝은 천체들에 대해서 변광 현상을 목적으로 하는 것은 계획되어 있지 않다. 따라서 우리의 데이터베이스는 장기간에 걸쳐서 꾸준히 유용하게 이용될 수 있는 분석 자료가 될 것이다. 4) 변광 현상을 이해하는데 중요한 것이 다양한 파장 대역에서 천체의 빛을 이해하는 것인데, 이를 위해서는 전파에서부터 X선까지 이미 존재하거나 발표될 자료들에 대상 천체들이 관측되어야만 한다. 우리가 대상으로 하는 밝은 천체들을, 많은 수가 이미 존재하는 자료들에 관측되어 있으며, 따라서 변광 현상을 이해하기 위한 추가 자료들이 충분히 이미 존재하고 있다. 5) 밝은 별들은 현재 많은 수의 외계 행성 탐사 프로젝트들이 관측 대상으로 하고 있으며, 미래에 진행될 외계 행성 탐사 프로젝트들도 이러한 밝은 별들을 계속 대상으로 할 것이다. 그렇기 때문에, 밝은 별들 중에서 변광 현상을 보이는 천체를 미리 아는 것은, 행성 탐사 프로젝트에 대해 흥미로운 후보를 찾는 기반 자료가 되거나, 혹은 그러한 천체들을 피하기 위한 기반 정보가 될 수 있다. 6) 변광 현상을 보이는 밝은 천체들은 국내 연구자들이 쉽게 이용할 수 있는 관측기기들을 이용해서 후속 관측을 할 수 있는 좋은 대상이 된다. 현재, 천문우주연구원이 운영하고 있는, 소백산 천문대, 보현산 천문대, Lemon 산 천문대의 광학 및 근적외선 관측 기기와, 새롭게 운영될 Korean VLBI Network의 전파 관측기기들 모두다, 변광 현상을 보이는 밝은 천체들을 보다 심도 있게 연구할 수 있는 적합한 기기들에 해당된다. 이들 천체들에 대한 연구는, 우리나라 천문학자들이 우리나라가 가지고 있는 관측 장비를 이용하여 중심적인 역할을 할 수 있는 기회일 것이다. 7) 해외에서 진행 중인 혹은 계획 중인 천문학 프로젝트 중에서도, 밝은 변광 천체들에 대한 우리의 분석 자료와 결합하여, 유용한 후속 연구를 가능케 할 수 있는 경우들이 존재한다. 예를 들어, 중국에서 진행하고 있는 LAMOST 프로젝트와 호주에서 진행하고 있는 Southern Sky Survey 프로젝트들의 관측은 일부 변광을 보이는 밝은 천체들의 물리를 이해하는 것에 도움이 될 것으로 예상된다. 또한, 계속되고 있는 SDSS의 밝은 별들에 대한 관측은, 정확하게 우리가 분석하고 있는 천체들의 밝기와 일치한다. 따라서 이들 자료 역시 우리의 분석 대상들에 대한 아주 중요한 후속 자료를 제공할 것으로 예상된다.


밝은 변광 천체들은 또한 아마추어 천문학에 관심이 있는 일반인들이, 실질적인 과학적 연구에 기여할 수 있는 기회를 만들 수 있을 것으로 예상된다. 6등급보다 어둡고 14등급보다 밝은 천체들은 아마추어 천문학에 관심을 가지고 있는 일반인들이 디지털 카메라와 망원렌즈, 혹은 소형 망원경과 디지털 카메라를 이용하여 관측을 할 수 있는 대상들이다 (North and James, 2004). 따라서 이미 해외의 많은 아마추어 천문학 모임들이 이러한 밝은 변광 천체들에 대해서 꾸준히 관측을 하고 있으며, 학생들이나 교사들을 위한 교육의 기회도 마련하고 있다. 우리나라의 경우에는, 아직 아마추어 천문학에 대한 관심이 아름다운 사진을 찍는 정도를 크게 벗어나지 못하고 있으면, 중고등학교에서의 망원경의 활용 역시 단순히 천체를 망원경을 통하여 보는 것 이상으로 발전하지 못하고 있는 상태이다. 만약, 우리의 밝은 천체에 대한 변광 분석 자료가 일반인들이 쉽게 접근할 수 있는 형태로 제공될 수 있고, 이를 위한 교육 자료들이 충분히 제공된다면, 중고등학교 및 대학교 학부 교육을 중심으로 한 변광 천체 연구의 기회를 마련할 수 있을 것으로 기대한다.