한국 망원경으로 만든 남반구 하늘 지도, 전 세계에 공개: KS41 하늘 지도, 국제 데이터센터 통해 공개…돌발천체 연구 핵심 자료로 활용

[연구필요성]

최근 중력파²와 빛으로 동시에 천체를 연구하는 다중신호 천문학이 활발해지면서, 세계 천문학자들은 중력파 사건의 빛 신호를 찾기 위한 노력을 크게 기울이고 있다.

남반구 하늘에서는 중력파 사건의 빛 신호에 해당하는 돌발천체를 식별하기 위한 균일하고 깊은 기준영상⁵ (reference image)이 부족하였다. 기존 탐사들은 넓지만 얕거나, 깊지만 불균일한 한계를 가지고 있어 다중신호 천문학 연구 활용에 제약이 있었다.

[연구성과/기대효과]

서울대학교 임명신 교수 연구팀은 한국천문연구원의 외계행성탐색시스템 (KMTNet⁶)을 활용하여 남반구 하늘을 균일하고 연속적으로 덮는 KS4 탐사자료를 구축하였다. 이를 통해 돌발천체 탐사에 적절한 균일성과 적절한 깊이를 갖는 영상자료를 동시에 확보하여, 약 2억 개 이상의 천체목록 및 고품질 영상을 생성하는 데 성공하였다. 그리고 이번에 이러한 자료를 세계 천문학자들과 공유하기 위해 주요 국제 데이터센터(NOIRLab Astro Data Lab⁷, CDS⁸)를 통해 공개하였다. 우리나라 지상망원경으로 생성된 대규모 천문 관측자료가 국제 데이터센터를 통해 공개되는 것은 이번이 처음이다. 이번에 공개된 KS4 자료는 앞으로 중력파 대응 광학 대응체 탐색이나 LSST 시대 돌발천체 연구에서 핵심 기준영상으로 활용될 것으로 기대된다. 또한 해외 천문학자들이 한국이 생성한 천문자료를 이용하여 천문학 연구를 할 수 있게 제공함으로써 한국 천문학의 국제적 위상을 높이는 계기가 되었다.

[본문]

□ 서울대학교 연구팀은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 과학난제도전융합연구개발사업 중력파우주연구단(연구책임자: 서울대학교 이형목 교수) 사업 일환으로 수행한 남반구 하늘 천체탐사 관측 프로젝트 KS4의 관측자료를 국제 데이터 센터를 통해 전 세계에 공개하였다.

서울대학교 연구팀은 한국천문연구원이 운영하는 외계행성탐색시스템(KMTNet)을 활용하여 남반구 하늘 천체 탐사관측인 'KS4(KMTNet Synoptic Survey of Southern Sky)' 탐사를 2019년 11월부터 수행하였다.

연구팀은 KMTNet의 칠레(CTIO), 남아공(SAAO), 호주(SSO)에 위치한 3개 망원경을 이용하여 600일 이상 관측을 수행하고, 남반구 하늘을 균일하게 촬영하였다.

연구팀은 서울대 자체 개발 데이터 처리 파이프라인을 통해 원시 데이터를 과학적 품질로 가공하여 2억 개 이상의 천체 목록과 고품질 영상 지도를 구축하였다.

연구팀은 해당 자료를 미국 NOIRLab의 Astro Data Lab과 프랑스 CDS를 통해 공개되어 전 세계 연구자가 자유롭게 활용할 수 있게 하였다.

□ 이번에 공개된 KS4 자료는 중력파 천체 등 남반구 하늘 돌발천체 연구에 핵심적으로 활용 가능할 정도로 우수하다.

KS4는 기존 탐사와 달리 (1) 균일한 하늘 커버리지, (2) 돌발천체 탐색에 적합한 깊이를 동시에 확보한 것이 장점이다.

또한 KS4는 기존 타 탐사관측에서 활용하는 특수 필터와는 달리 전통적으로 천문학 연구에 많이 활용되어 오던 B, V, R, I라고 하는 천체 관측용 필터로 하늘을 관측하였기 때문에 해당 필터를 장착한 여러 천문대의 기준 영상으로 활용이 가능하다.

이번에 공개된 첫 번째 데이터(DR1, Data Release 1)는 2019년 11월부터 2023년 12월까지 관측한 자료로, 약 4,000 평방도의 하늘을 커버한다. 약 4,000 평방도는 보름달 20,000개 정도가 들어가는 정도의 매우 넓은 영역이다

영상의 깊이를 나타내는 수치인 5σ 한계 등급은 B밴드 22.7, V밴드 22.6, R밴드 22.8, I밴드 22.1 등급이다. 이는 1억 광년 정도 거리에 나타난 중력파 사건의 빛 신호(킬로노바)를 충분히 포착할 수 있는 수준이다.

□ KS4 자료는 시간영역 천문학 중력파 대응 관측 차세대 대형 관측 프로젝트(LSST 등)에서 필수적인 기준자료로 자리잡아 국제 관측 천문학 연구에 크게 기여할 것으로 기대된다.

KS4 자료는 기존 해외 탐사 관측이 놓친 남반구 하늘의 빈틈을 메우는 기준영상 데이터셋으로, 향후 중력파 및 다양한 천문 현상의 광학 대응체 탐색에 핵심적으로 활용될 전망이다.

□ 이번 연구는 우리나라가 천문학 관측자료의 '소비자'에서 벗어나 '생산자 겸 공급자'가 되어 세계의 천문학 연구에 공헌한 사례라는 점에서 의미가 크다.

기존 우리나라 관측 천문학 연구는 해외의 대규모 탐사 관측자료나 제임스웹 우주망원경, 허블우주망원경 등이 제공하는 관측자료를 활용하거나 해외기관 보유 관측시설을 이용한 자료 획득에 크게 의존해 왔다.

이번 KS4 자료 공개는 우리 천문학자가 대한민국의 지상망원경으로 획득한 대규모 관측자료를 국제 데이터센터를 통해 공개하는 첫 사례이다.

이번 보도자료와 발맞추어 한국천문연구원, 프랑스 데이터센터인 CDS에서도 KS4 소개 보도자료가 동시 공개될 예정이다.

[영상자료]

KS4 영상은 프랑스 스트라스부르 천문데이터센터(CDS)를 통해 HiPS (Hierarchical Progressive Survey) 형식으로 제공된다. HiPS는 방대한 천문 영상을 다해상도 타일 구조로 재구성하여, 이용자가 하늘 전체를 조감하다가 관심 영역을 점차 확대하면 자동으로 더 높은 해상도의 영상이 불러와지는 방식이다. 별도의 소프트웨어 설치 없이 웹 브라우저에서 남반구 하늘의 BVI 컬러 영상과 개별 밴드(BVRI) 영상을 자유롭게 탐색할 수 있다. 이 영상은 Aladin Desktop, Aladin Lite (CDS), ESAsky (ESA) 등 주요 천문 데이터 탐색도구에서 바로 열람할 수 있다.

· BVI 컬러 영상:

· B밴드: https://alasky.cds.unistra.fr/KS4/DR1/SNU_P_KS4_DR1_B/

· V밴드: https://alasky.cds.unistra.fr/KS4/DR1/SNU_P_KS4_DR1_V/

· R밴드: https://alasky.cds.unistra.fr/KS4/DR1/SNU_P_KS4_DR1_R/

· I밴드: https://alasky.cds.unistra.fr/KS4/DR1/SNU_P_KS4_DR1_I/

[천체목록]

2억 개 이상의 천체 정보가 담긴 두 종류의 목록은 미국 NSF NOIRLab의 Astro Data Lab에서 제공된다. 첫 번째는 I밴드 영상에서 검출한 천체 위치를 기준으로 나머지 B, V, R 밴드의 밝기를 동일 위치에서 측정한 강제측광 목록(약 2억 2,800만 천체)이다. 두 번째는 각 밴드에서 독립적으로 검출한 천체를 하나로 합친 밴드병합 목록(약 2억 8,000만 천체)으로, I밴드에서 어두운 푸른 천체 등도 포함되어 더 많은 천체를 담고 있다. 이용자는 데이터베이스 검색 언어인 SQL(Structured Query Language)을 활용해 원하는 조건의 천체만을 선별·조회할 수 있다. 특히 가이아(Gaia DR3), 올와이즈(ALLWISE) 등 주요 광학 및 적외선 관측 목록과 미리 대조를 마친 통합 테이블도 함께 제공된다.

· Astro Data Lab: https://datalab.noirlab.edu/data/ks4

· I밴드기준 목록: https://datalab.noirlab.edu/data-explorer?showTable=ks4_dr1.idual_master

· 밴드병합 목록: https://datalab.noirlab.edu/data-explorer?showTable=ks4_dr1.single_master

밴드병합 목록은 CDS VizieR 서비스를 통해서도 검색·다운로드할 수 있다.

· CDS VizieR: https://vizier.cds.unistra.fr/

[연구결과]

1. KMTNet Synoptic Survey of Southern Sky III: The First Data Release


Seo-Won Chang, Myungshin Im, Mankeun Jeong, Joonho Kim, Bomi Park, Jaewon Lee, David A. H. Buckley, Jeff Cooke, Sungho Jung, Dong-Jin Kim, Ji Hoon Kim, Yongjung Kim, Chung-Uk Lee, Seong-Kook Lee, Gregory S. H. Paek1, Jiseop Shin

(Journal of the Korean Astronomical Society(SCIE 저널), vol. 59, pp. 179, https://doi.org/10.5303/JKAS.2026.59.1.179)

2. KMTNet Synoptic Survey of Southern Sky II: Data Reduction and Real-Time Transient Detection Pipeline


Mankeun Jeong, Myungshin Im, Joonho Kim, Seo-Won Chang, Sungho Jung, Chung-Uk Lee, Dong-Jin Kim, Bomi Park, Jaewon Lee, Jiseop Shin, Changwan Kim, Gregory S. H. Paek

(Journal of the Korean Astronomical Society (SCIE 저널), vol. 59, pp. 157, https://doi.org/10.5303/JKAS.2026.59.1.157)

[그림설명]

고해상그림 및 자료 링크: https://drive.google.com/drive/folders/1no4_V-BPjAVaEcGnKs3RcZKMcqppL8FP

▲ 그림 1. 타원 은하 NGC 4696과 그 주변 은하들의 모임인 센타우루스 자리 은하단의 KS4 영상. KS4의 넓은 시야각 덕분에 다수의 밀집된 은하단 환경과 밝은 중심 은하의 모습을 한 장의 영상에 손쉽게 담을 수 있다. [시야각 1.31 deg x 0.71 deg, BVI-band를 합성하여 컬러 영상 작성 및 보정, Credit: 장서원/정만근(서울대)]

▲ 그림 2. 나선은하 NGC2442의 모습. KS4의 높은 해상도 덕분에 비대칭적으로 휘어진 나선팔 구조와 성간 기체 암흑대 분포의 모습을 확인할 수 있다. [시야각 21.1 arcmin x 11.5 arcmin, BVI-band를 합성하여 컬러 영상 작성 및 보정, Credit: 장서원/정만근(서울대)]

▲ 그림 3. 원반형 은하 NGC 5292의 모습. 안정된 원반 구조와 주변 은하들의 분포를 확인할 수 있다. [시야각 9.42 arcmin x 5.15 arcmin, BVI-band를 합성하여 컬러 영상 작성 및 보정. Credit: 장서원/정만근(서울대)]

▲ 그림 4. 아벨 은하단 Abell 3574에 속한 합병 중인 은하 NGC 5291와 NGC 5291B의 모습(중심). NGC 5291의 아래위로 활 모양으로 지나가는 푸른색 작은 천체들로 이루어진 구조는 과거 이 은하가 다른 은하와 합병하는 과정에서 조석 작용으로 새로이 탄생한 조석 왜소은하(tidal dwarf galaxy)이다. [시야각 18.4 arcmin x 10.1 arcmin, BVI-band를 합성하여 컬러 영상 작성 및 보정. Credit: 장서원/정만근(서울대)]

▲ 그림 5. 우리은하 면에 가까운 영역의 관측 영상. 우리은하에 속한 수많은 별이 화면을 가득 채우고 있으며, 그 사이로 배경에 은하와 다양한 천체들이 함께 포착되어 있다. [시야각 1.42 deg x 0.83 deg. BVI-band를 합성하여 컬러 영상 작성 및 보정. Credit: 장서원/정만근(서울대)]

▲ 그림 6. KS4 탐사 영역을 보여주는 남반구 하늘 지도. 이번에 전 세계 천문학계에 공개되는 영역(붉은색)과 현재까지 관측이 완료된 전체 탐사 구역(회색)을 보여준다. 지도의 중심은 남천구극(South Celestial Pole)점이며, 우리은하의 이웃 은하인 대마젤란은하와 소마젤란은하를 포함해, 적위 -30도 이하의 하늘을 촘촘하게 훑으며 관측하고 있음을 확인할 수 있다. [Credit: 장서원/정만근(서울대)]

▲ 그림 7: KS4 및 타 탐사 관측 영상의 비교(그림 1의 센타우루스 은하단 일부 영역 확대하여 비교). KS4 영상(a)은 스카이맵퍼 영상(b)보다 더 깊으며, 레거시 서베이 영상(c)에서 많이 보이는 검은색 직사각형 영역과 같은 관측 영역이 비어 있는 부분이 없어 돌발천체를 찾기 위한 기준 영상으로 활용도가 높을 것으로 예상한다. [Credit: 장서원/정만근(서울대)]