10. ⇐ 새롭게 처리한 분광스펙트럼 피팅 예시
(Adams et al. 2022)
⇐ 새롭게 추정한 적색편이값(Adams et
al. 2022, Yan et al. 2022)과
기존 값(Atek et al. 2022)과의 비교
기존 결과 새로운 결과 기존 결과 새로운 결과
제가 오늘 가져온 소식은 제임스 웹의 현 상황에 대한 내용입니다.
최근에 제임스 웹의 운용이 잘못되고 있다거나 하는 내용들이 좀 오보되는 게 있어서 바로 잡고 싶기도 했고
2022년 9월 28일에 네이처 뉴스로 이런 기사도 올라왔기도 해서요.
오늘 소개할 기사 제목은 ‘Bit of panic’ 천문학자들이 제임스웹 초기 데이터로 찾은 발견 내용들에 대해 재고해야 해서 패닉에 빠졌다.
뭐 이런 내용입니다. 제목만 보면 엄청나게 패닉에 빠진 것 같고, 그 전에 발표된 발견이 잘못된 것 같고 하지만 그건아니구요.
차근차근 설명을 해볼게요.
2022년 7월 11일에 preview 이미지로 smacs 0723 은하단에 대한 첫 데이터를 공개한 이후에
7월 12일 나사에서 공식적으로 제임스웹의 주요 연구 목표별 대표 데이터들을 공개했었습니다.
그 뒤에 7월 14일에 제임스 웹 데이터들이 서버에 공개가 됐어요. 이 데이터들을 가지고 천문학자들이 앞다투어서 살펴보기 시작했고, 바로 그 주 내지는 그 다음주부터 논문들이 쏟아져나오기 시작했어요. 이게 출판 게재 승인이 모두 난건 아니고, 빠른 결과를 공유하는 천문학자들의 사이트가 있는데요.
아카이브 라고 해서 물리학, 천문학, 수학, 생물학 등 다양한 자연계 출판 논문들을 모아놓는 사이트가 있어요.
이 아카이브 사이트 중에서 천문학분야는 물리학, 수학 분야랑 함께 거의 실시간으로 최신 논문들이 매일 업데이트 되신다고 보시면 되구요.
때문에 천문학자들은 아침에 일어나서 하루에 한번, 혹은 일주일에 한 번은 무조건 들어가서 보는 사이트라고 보시면 됩니다.
이 사이트에 저자가 자신이 하는 일을 공유하는데, 미출판 상태의 논문도 종종 올라오는데요. 뭐, 결과를 우리가 먼저 냈다, 이런 이유에서 말이죠.
근데 여기 제임스 웹 우주 망원경 초기 데이터가 공유되고 나서 엄청나게 다양한 제임스 웹 논문들이 쏟아지기 시작했어요. 당연한거죠.
최신의 망원경 데이터가 업데이트 되었으니, 관련한 분야에 있는 사람들이 약간 흥분상태에 놓인거죠.
제임스 웹 jwst 철자가 들어가는 논문만을 따져봤을 때 지금까지 1455개가 올라왔구요.
이게 제임스 웹 기획 단계에서 부터 있던 논문들도 있을테니, 2022년 7월 11일을 기점으로 만약 좁혀서 검색을하면
213개가 검색이 됩니다.
녹화날이 10월 11일이니까 딱 3개월인데, 1개월에 대략 100편, 한 주에 25편씩 발표가 된 셈이죠.
이건 jwst 라는 단어가 들어간 경우에 한정된 거니까, 실제로 논문 제목에 제임스 웹 단어가 풀어져서 쓰여있다거나, 들어가있지 않은 경우는 더 많을거에요.
그러니까 1주일에 최소 수십편의 제임스웹 결과 논문들이 발표된거라고 보시면 됩니다. 엄청난 숫자죠.
이렇게 데이터를 가지고 어떤 결과를 도출하고 출판까지 해서 나오는데 이게 굉장히 사이클이 빠른거에요.
그래서 다소 빠르게, 허겁지겁 나온 결과들도 있는거죠.
근데, 우리가 어떤 특정 망원경을 가지고 관측데이터를 얻었을 때 필연적으로 수행해야 하는게 DATA REDUCTION, 그러니까 데이터 처리과정이 필요합니다. 지난 망원경 시간때 잠시 설명해드렸었는데, 망원경마다 각자 가지고 있는 기기적인 영점, 세팅값이 모두 다르기 때문에 각 특성별 보정이 들어가야 하구요. 천체로부터 나온 광자가 우주 공간을 날아서 망원경에 수집되기 까지 겪는 소광등도 물론 보정해야 합니다. 때문에 기기 바깥에서 오는 에러, 그리고 기기에서 필연적으로 생겨나는 시스테메틱한 에러 두 가지가 항상 빠지지 않고 쫓아다녀요. 이 에러를 최대한 줄이기 위한 과정이 바로 데이터 처리 과정입니다. 데이터 가공을 어떻게 하느냐, 어느 툴을 쓰느냐에 따라서, 누가 처리하느냐에 따라서 상당히 다른 결과가 나오기도 하죠.
때문에 지난번 블랙홀 관련한 특집에서 김재영 교수님께서 말씀하셨듯, 전 세계의 다양한 콜라보레이터들이 서로 결과를 공유하지 않은 채 각자 데이터 처리를 수행 후에 어느 그룹이 가장 나은 결과를 비교했다고도 하죠. 데이터 처리 과정이 그만큼 굉장히 중요합니다. 천문학자들의 데이터 처리 과정은 철저하게 에러를 줄이는 방향으로 이루어져요. 원 데이터와 처리된 후의 데이터와의 차이, 즉 카이스퀘어 라고 하는 에러의 제곱값이 작아지도록 데이터 분석을 아주 열심히 합니다. 그런데, 이렇게 에러를 만드는 요인들이 사실 엄청나게 많아요. 망원경 자체의 광학설비, 온도, 천체와의 거리, 천체의 밝기, 위치 등 아주 많은 요인들이 복합적으로 얽혀서 에러에 기여를 하기 때문에, 관측천문학자들은 이 에러와 싸우는게 주된 업무라고 볼 수 있습니다. 때문에 에러를 다루는 에러 프로파게이션, 그리고 통계 과목들을 학부생때부터 굉장히 열심히 공부해요. 천문학자들이 최근들어 산업계, 빅데이터, 통계, 금융 분야 전반에서 활약하고 있는 경우도 이 때문이죠.
그래서 제임스웹과 같은 새로운 망원경들이 만들어지면, 각 망원경마다 그 데이터를 처리할 수 있는 데이터 분석 툴을 제공합니다. 망원경이 만들어지면서부터 함께 디자인되는데, jwst의 경우에는 2017년 7월 그러니까 발사도 되기 한참 전에 처음 분석 툴이 공개가 됐어요. 그리고 이 때부터 전 세계의 천문학자들이 크고작은 워크샵을 통해서 미리 툴에 대한 사전 교육도 많이 받았습니다. 데이터가 나오면 바로 분석에 투입될 수 있도록이요.
그리고 이게 툴이 한 번 만들어졌다고 해서 그대로 가는게 아니라 게임이 패치되듯 계속해서 업그레이드 된 개정판을 내놓는데, 제임스웹 우주 망원경의 분석 툴을 담당하는 stscI, 미국 우주 망원경 과학 연구소에서 2022년 9월 12일에 1.7.2 버전을 다시 공개했어요. 그리고 다시 향후 몇 주 안에 새로운 파이프라인을 내놓겠다고 이야기 했습니다.
그 중에서도 요즘 주로 화두가 되는 것이 바로 smacs 0723에서 발견했다고 하는 아주 먼 은하들인데요.
아무래도 우리로부터 멀리 떨어져있는 은하는 그 빛이 희미하기 때문에 주변 배경과 그 밝기차이가 크지 않고, 데이터의 잡음, 그러니까 노이즈 대비 신호 비가 높지 않아서 다루는게 꽤 까다로워요. 그래서 이런 먼 은하의 빛을 정밀하게 측정하기 위해서는 더 주의깊게 데이터 분석을 수행해야 하는거죠.
측광도 마찬가지지만, 분광자료는 안그래도 희미한 빛을 더 잘게 쪼개서 봐야하니까 측광 데이터 대비해서 더 에러가 커질 수 밖에 없고, 그래서 분광자료를 처리하는것은 매우 조심스럽게 접근해야합니다. 이와 관련한 논문이 또 하나 올라왔는데요.
2022년 8월 10일에 올라온 Adams 등의 논문입니다. 영국왕립학회월간 저널에 올라온 논문인데, 기존에 SMACS 0723에서 발견된 아주 먼 은하들, 적색편이로 따지면 9에서 12정도 되는 은하들의 물리량을 새롭게 잰 논문이에요. 처음 공개됐던 데이터 값과 다소 다르다라는 내용이구요.
이 논문에서는 기존 jwst 초기 데이터로 출판한 Adams, 그리고 Yan 등의 논문에서 제시한 적색편이 값보다 조금 낮은 적색편이 값들을 제시하고 있어요.
물론 엄청나게 먼 대상들의 발견이 싹다 뒤집히고 이런건 아니지만, 초기 발견 값들을 보정해야한다. 추가로 살펴봐야한다는걸 제시하고 있구요.
메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터 Webb의 운영 프로젝트 과학자인 Jane Rigby는 STScI가 내놓은 망원경의 초기 보정이 아직 완벽하지 않다. 좀 더 다듬어져야하는 거친 버전이다라고 이야기했어요. 제임스 웹 망원경이 내놓는 데이터는 물론 엄청나지만 여전히 세부 정렬, 보정 등을 조정하고 있는 갓 쏘아올려진 brand new, 신상 망원경이라는거죠. 하지만 Rigby 박사는 제임스 웹의 성능은 유래없는 것이며, 앞으로 더 놀라운 결과들을 내놓을 것이다. 라고 밝혔죠.
그 외에도 StscI 내부적으로도 처음부터 완벽한걸 기대한건 아니었다 라고 밝혔어요. 지금도 많은 천문학자, 엔지니어들이 함께 정렬, 보정 과정을 수행중에 있습니다.
그리고 아마도 jwst 관련해서 한동안 이슈가 됐던게 아마 외계행성 관련해 나왔던 이 네이쳐 아스트로노미 논문일텐데요. 이 논문에서 제임스 웹이 처음 내놓은 외계행성의 대기를 분석할 때 기존 결과 툴들로 분석했을 때 다르게 분석이 된다. 툴을 개선해야 한다 뭐 이런 내용이었어요. 그래서 현재 기존 툴들로 분석한 제임스 웹의 외계행성 대기 결과를 아직 다 믿을 순 없다. 조심스럽게 접근해야한다 뭐 이런 논조였는데, 이게 어디서부턴가 다르게 와전이 되어서 제임스 웹 데이터에 문제가 있다. 결과가 잘못됐다. 등등 이상한 타이틀과 이상한 내용으로 기사라던가 유튜브 컨텐츠들이 좀 쏟아져 나왔었습니다.
사실, 새로운 망원경이 등장하면, 각 망원경에 특성화된 최적화된 툴이나 보정방법이 나오기까지 시간이 걸리거든요.
모든 망원경은 이 밝기의 절대 값을 알기 위해, 다양한 파장대에서 빛의 세기가 이미 잘 연구가 된 표준성을 관측하고, 이 망원경에서 얼마의 밝기로 관측되는지 그 지표를 먼저 재는 걸 우선 수행해요. 이 표준화 과정을 무조건 거쳐서 밝기 보정을 하게 되는데, 제임스 웹의 주력 기기인 NIRCAM은 망원경이 쏘아올려진 뒤 6개월 뒤부터 표준성을 관측하는 작업을 시작했어요. 근데 첫 데이터 분석당시에는 오직 1~2개의 표준성에 대한 데이터가 확보된 상태였고, NIRCAM의 10개 디텍터 중 1개에 대해서만 작업이 이루어져서 사실 불완전한 상태였어요.
외계행성의 경우 모항성 앞을 지날 때 행성이 항성의 빛을 가려서 나타나는 1~2% 정도 밝기 차이의 빛을 가지고 연구하기 때문에, 빛의 양을 정밀하게 측정하는게 중요하므로 이와같은 보정 불완정성에 대한 문제에 대해 이야기가 나오게 되는거죠. 아무튼, 제임스 웹 데이터에 문제가 있는 게 아니고, 그걸 더 정밀하게 가공하기 위해서 더 노력중이다. 라고 보시면 되겠습니다.
그래서 우주 망원경 과학 연구소에서는 밝기가 잘 알려진 여러 유형의 별을 제임스 웹의 모든 기기로 관측해서 데이터 표준화 및 처리를 위한 방법을 개선할 세부 계획을 진행 중입니다. 시간은 조금 걸릴거에요. 제임스 웹 우주 망원경이 워낙 새로운 우주망원경이기도 하고 데이터가 저희가 생각했던 범주를 넘어서 너무 훌륭해서, 더 잘 가공하고 싶은거랑 비슷하달까요. 예를들어 정말 큰 다이아몬드 원석이 나왔을 때, 최고의 세공사가 가장 훌륭한 기술로 연마해야 최상의 작품이 나오는 것처럼이요. 물론 최근에 MIRI 휠 부분이 뻑뻑해져서 돌아가지 않아서 현재는 점검을 이유로 이 부분은 우선 사용하고있지 않은 상태이지만, 제임스 웹 우주 망원경은 최고의 성능으로 현재까지 잘 운용되고 있고, 세계 최고의 과학자, 기술자들이 노력하고 있으니 제임스 웹 데이터가 잘못됐다드니, 초기 데이터가 잘못됐다느니 하는 자극적인 내용에 대해선 너무 걱정 안하셔도 될 것 같습니다.
