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[IT뉴스]별빛 지우는 '가상 망원경'…숨은 외계행성 찾는다

온카뱅크관리자

2026-11-05 08:57:26

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 <img alt="왼쪽은 제임스웹 우주망원경(JWST)의 근적외선카메라(NIRCam)가 F430M 필터로 관측한 항성 '에리다누스자리 51 A(51 Eri A)'의 영상에서 기존 기법 'KLIP'으로 별빛을 제거한 결과다. 기존 분석에서는 외계행성 51 Eri b를 검출하지 못했다. 점선 원은 행성의 예상 위치를 나타낸다. 가운데는 같은 관측 영상에서 새 기법 'FLIP'으로 별빛을 제거한 결과다. 오른쪽은 51 Eri b의 모의 영상이다. 가운데 영상에서 검출된 행성 신호의 위치와 모양이 예측과 일치함을 보여준다. 별표는 항성의 위치를 나타낸다. Rodrigo Ferrer-Chavez 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/05/dongascience/20261105085324966qcbv.png" data-org-width="680" dmcf-mid="tn7xYNsAnO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/05/dongascience/20261105085324966qcbv.png" width="658">
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 왼쪽은 제임스웹 우주망원경(JWST)의 근적외선카메라(NIRCam)가 F430M 필터로 관측한 항성 '에리다누스자리 51 A(51 Eri A)'의 영상에서 기존 기법 'KLIP'으로 별빛을 제거한 결과다. 기존 분석에서는 외계행성 51 Eri b를 검출하지 못했다. 점선 원은 행성의 예상 위치를 나타낸다. 가운데는 같은 관측 영상에서 새 기법 'FLIP'으로 별빛을 제거한 결과다. 오른쪽은 51 Eri b의 모의 영상이다. 가운데 영상에서 검출된 행성 신호의 위치와 모양이 예측과 일치함을 보여준다. 별표는 항성의 위치를 나타낸다. Rodrigo Ferrer-Chavez 제공
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 망원경의 가상 복제본을 만들어 별빛에 가려진 행성을 찾아내는 기술이 개발됐다. 기존 관측 영상 처리 기법보다 외계행성 검출 민감도가 최대 15배 높다. 제임스웹 우주망원경(JWST) 관측 영상에 이 기술을 적용하자 기존 분석에서 별빛에 가려 검출하지 못했던 거대 외계행성의 신호가 확인됐다.  
 로드리고 페레르차베스 미국 노스웨스턴대 천문학 박사과정생 연구팀은 망원경 내부에서 별빛이 어떻게 퍼지는지 모사해 관측 영상에 남은 별빛을 제거하는 기법 'FLIP(Physics-based Learning for Imaging Planets)'을 개발하고 연구결과를 국제학술지 '네이처'에 4일(현지시간) 발표했다.
 행성은 항성보다 훨씬 어두워 관측하기 어렵다. 일부 행성에서 오는 빛은 항성보다 100만분의 1 수준으로 희미하다. 비교적 밝은 젊은 거대 행성도 항성 밝기의 10만분의 1에 그친다.
 수십억 년 전 우주의 모습까지 볼 수 있는 JWST도 일부 행성을 촬영하는 데 어려움을 겪는 이유다. JWST는 희미한 천체를 관측하기 위해 별빛 차단 장치인 '코로나그래프'를 사용하지만 여전히 일부 별빛이 새어 나와 영상에 뿌연 무늬를 남긴다.
 현재 천문학자들은 영상 처리 기법으로 남은 별빛을 제거한다. 다른 별을 관측한 영상을 참조 영상으로 사용해 원래 관측 영상에서 참조 영상을 빼면 남은 별빛이 제거돼 그 빛에 가려 있던 희미한 행성이 드러나는 방식이다.
 연구팀은 참조 영상에만 의존하던 기존 방식에서 벗어나 망원경의 가상 복제본인 '디지털 트윈'을 활용했다. 연구팀이 개발한 'FLIP' 기술은 가상 망원경에서 별빛이 거울을 거쳐 검출기에 도달하는 과정을 모사한 영상을 제작해 원본 영상에서 제거한다.
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 <img alt="제임스웹 우주망원경이 관측한 항성 51 Eri A 영상에 FLIP을 적용해 별빛을 제거하는 과정. 왼쪽 아래 숫자는 처리 반복 횟수다. 별빛이 줄어들면서 희미한 외계행성이 예상 위치에 모습을 드러낸다. Rodrigo Ferrer-Chavez 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/05/dongascience/20261105085326479ounu.gif" data-org-width="640" dmcf-mid="FzBeXcCEJs" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/05/dongascience/20261105085326479ounu.gif" width="640">
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 제임스웹 우주망원경이 관측한 항성 51 Eri A 영상에 FLIP을 적용해 별빛을 제거하는 과정. 왼쪽 아래 숫자는 처리 반복 횟수다. 별빛이 줄어들면서 희미한 외계행성이 예상 위치에 모습을 드러낸다. Rodrigo Ferrer-Chavez 제공
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 기술의 첫단계는 인공지능(AI) 모델을 학습시킬 때 사용하는 것과 비슷한 계산 기법을 이용해 디지털 트윈의 매개변수 수백만개를 정밀하게 조정하는 것이다.
 망원경은 미세한 변화만으로도 별빛이 퍼지는 모양이 달라진다. 공동저자인 제이슨 왕 물리천체학과 조교수는 "작은 온도 변화만으로도 망원경의 거울이 팽창·수축할 수 있다"고 설명했다. JWST는 관측 장비를 극저온으로 유지하는 냉각기 소형 모터가 진동을 일으켜 관측을 방해하기도 한다.
 연구팀은 매개변수를 조정해 망원경 부품의 미세한 위치 변화와 광학계의 왜곡 등을 반영한다. 모사한 별빛의 무늬가 실제 관측 영상과 최대한 비슷해질 때까지 조정 과정을 반복한 뒤 관측 영상에서 모사한 별빛을 제외한다.
 행성 식별 기술에는 AI를 사용하지 않는다. 망원경의 작동을 설명하는 물리 법칙에 기반해 식별한다. 왕 조교수는 "빛이 망원경 안에서 움직이는 물리 법칙을 이미 알고 있기 때문에 인공지능(AI) 모델 학습법을 이용해도 정작 AI는 필요하지 않았다"고 설명했다.
 FLIP을 검증하기 위해 연구팀은 주변에 외계행성이 존재한다고 알려진 두 항성 'HIP 65426', '에리다누스자리 51(51 Eri)'과 외계행성이 발견되지 않은 항성 'TYC 5899'의 JWST 관측 자료를 재분석했다.
 FLIP을 적용한 결과 희미한 행성을 검출하는 민감도가 기존 영상 처리 기법보다 2~15배 높아졌다. 연구팀은 2년 전 JWST 관측 자료에서 거대 외계행성 '51 Eri b'의 신호도 찾아냈다.
 51 Eri b는 앞서 지상 망원경으로 발견된 행성이지만 JWST를 활용한 영상에서는 행성의 신호를 남은 별빛과 구분하기 어려웠다. 연구팀이 같은 자료에 FLIP을 적용하자 행성 신호가 예상 위치에서 드러났다.
 연구팀은 향후 망원경 자체를 바꾸지 않고도 FLIP을 활용해 더 작고 차가우며 희미한 외계행성을 찾아낼 수 있을 것으로 기대했다.
 페레르차베스 박사과정생은 "관측 기법이 개선될 때마다 새로운 유형의 행성을 발견할 수 있게 된다"며 "더 많은 행성을 찾으면 행성계가 어떻게 형성되고 진화하는지, 우리 태양계가 얼마나 일반적인지도 더 잘 이해할 수 있을 것"이라고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1038/s41586-026-11213-z
 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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