전파 간섭계(VLBI)의 원리와 블랙홀 이미지 기술 (VLBI, EHT, 회전 블랙홀 이미지)

전파 간섭계(VLBI, Very Long Baseline Interferometry)는 지구 전역에 흩어진 전파망원경들을 하나처럼 작동시키는 관측 기술입니다. 이 방식은 지구 규모의 망원경 분해능을 구현해, 심지어 블랙홀의 사건의 지평선 크기까지 관측할 수 있게 합니다. 이 글에서는 VLBI의 기본 원리와 기술적 구성, 그리고 사건의 지평선 망원경(EHT)이 이를 이용해 M87과 Sgr A* 블랙홀을 이미지화한 과정과 성과를 상세히 정리합니다.

전파 망원경


VLBI란 무엇인가: 간섭과 기저선의 과학

VLBI는 여러 전파망원경이 멀리 떨어져 있으면서도 하나의 가상 망원경처럼 작동하는 기술입니다. - 전파 신호가 시간차를 두고 각 망원경에 도달 - 수소 메이저 원자시계로 정확히 기록 - 이후 위상과 진폭을 분석해 간섭 패턴 복원 기저선(Baseline) 길이만큼 해상도가 향상되며, 지구 전체 크기의 간섭계로 20 μas 수준의 해상도를 구현할 수 있습니다.

EHT와 M87 블랙홀 이미지화의 과정

EHT는 2019년 M87* 블랙홀의 실루엣을 관측한 프로젝트입니다. - ALMA, SMA, JCMT, LMT, SMT, IRAM, SPT 등으로 구성 - 1.3 mm 파장에서 수집된 1PB 데이터 - 중심 어두운 그림자 + 밝은 고리 → 블랙홀 사건의 지평선 첫 이미지화 비대칭 구조는 도플러 효과와 회전 방향을 반영하며, 질량과 스핀 추정이 가능해졌습니다.

은하 중심 블랙홀 Sgr A* 이미지와 기술적 도전

2022년, 우리 은하 중심 Sgr A*의 이미지도 공개되었습니다. 이는 M87*보다 작은 블랙홀이며, 다음과 같은 어려움이 존재했습니다: - 빠른 광도 변동성 (분 단위) - 은하 내 산란 효과로 인한 왜곡 - 상대적으로 약한 신호 이를 극복하기 위해 EHT는 이미지 평균화, 딥러닝 기반 복원(PRIMO), 수백 개의 시뮬레이션 비교 등을 활용하였습니다. 그 결과, Sgr A*는 회전 블랙홀 이론과 일치하는 구조를 보여주었습니다.

VLBI는 단지 망원경을 연결하는 기술이 아닙니다. 그것은 지구를 하나의 거대한 렌즈로 변환시켜, 우주의 가장 어두운 존재인 블랙홀조차 정밀하게 이미지화할 수 있는 혁신적 관측 기술입니다. EHT와 VLBI는 현대 천문학의 눈을 확장시키고 있으며, 향후 달 기반 간섭계, 우주 VLBI까지 시야를 넓혀줄 것입니다. 이제 우리는 우주를 직접 ‘보는’ 시대에 진입했습니다.

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자전과 공전 속도로 본 행성 특성 (태양계, 공전주기, 자전속도)

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태양계는 다양한 행성들로 구성되어 있으며, 각 행성은 고유한 자전 속도와 공전 주기를 갖고 있습니다. 이러한 차이는 행성의 크기, 구성 물질, 거리 등 다양한 요인에 따라 결정되며, 결과적으로 낮과 밤의 길이, 계절의 변화, 온도 분포 등에 큰 영향을 미칩니다. 이번 글에서는 태양계 8개 행성의 자전과 공전 속도를 비교 분석하고, 이를 통해 각 행성의 특성과 차이점을 살펴보겠습니다. 태양계 행성의 자전 속도 비교 자전은 행성이 자신의 축을 중심으로 도는 운동을 의미합니다. 이 속도는 '하루'의 길이를 결정짓는 요소로, 지구의 경우 약 24시간이 걸립니다. 그러나 다른 행성들은 매우 다양한 자전 속도를 가지고 있습니다. 예를 들어, 목성은 약 9시간 55분이라는 매우 빠른 자전 속도를 보여주며, 이는 태양계에서 가장 빠른 자전 속도를 가진 행성입니다. 반면 금성은 약 243일이 걸려 한 바퀴를 도는 매우 느린 자전을 보입니다. 더욱 흥미로운 사실은 금성이 다른 행성과는 반대 방향(시계 방향)으로 자전한다는 점입니다. 화성은 약 24시간 37분으로 지구와 유사한 자전 속도를 가지며, 이로 인해 지구와 비슷한 낮과 밤의 패턴을 보입니다. 토성은 약 10시간 33분, 천왕성은 약 17시간 14분, 해왕성은 약 16시간 6분의 자전 주기를 가지고 있습니다. 이처럼 자전 속도는 각 행성의 밀도, 중심핵 구성, 생성 당시의 회전 운동 에너지 등에 따라 달라지며, 기후와 날씨 패턴에도 큰 영향을 줍니다. 공전 속도와 주기의 차이 공전은 행성이 태양을 중심으로 도는 운동으로, '1년'의 길이를 결정합니다. 이 공전 속도는 행성이 태양에서 얼마나 떨어져 있는지에 따라 달라지며, 케플러의 제3법칙에 의해 그 주기가 예측 가능합니다. 수성은 태양에서 가장 가까워 약 88일 만에 공전을 완료하고, 금성은 약 225일, 지구는 365일, 화성은 약 687일이 걸립니다. 목성은 약 11.86년, 토성은 29.5년, 천왕성은 84년, 해왕성은 무려 ...
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다중우주 이론의 과학적 기반과 비판 (다중우주, 끈이론, 관측불가성)

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양자중력 이론에서의 시공간 비가역성 개념 (시간 비대칭성, 엔트로피, 루프양자중력)

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우주는 왜 ‘시간의 방향’을 가지는가? 엔트로피 증가, 열역학 제2법칙, 우주의 팽창 등 다양한 설명이 있지만, 궁극적으로 시간의 비가역성은 시공간 자체가 대칭이 아닌 구조에서 비롯되었을 가능성이 제기되고 있습니다. 특히 양자중력 이론(Quantum Gravity)에서는 이러한 시공간의 비대칭성이 자연스럽게 파생되며, 그 구조적 기원이 논의되고 있습니다. 이 글에서는 시공간 비가역성의 개념, 그에 대한 양자중력 이론의 해석, 그리고 현대 우주론과의 연결고리를 탐색합니다. 시간의 방향성과 시공간의 비가역성: 물리학의 오래된 질문 우리 일상에서는 시간의 흐름이 과거에서 미래로 향하는 것이 당연하지만, 대부분의 물리학 법칙은 시간에 대해 대칭적입니다. 그럼에도 불구하고 우리는 엔트로피 증가(열역학 제2법칙)와 같은 비가역적 현상을 경험합니다. 이러한 시간의 방향성 문제는 시공간의 기하학 구조 자체에서 비롯된 현상일 수 있다는 주장들이 제기되고 있습니다. 즉, 시공간의 구조적 비대칭성이 '시간의 화살'을 결정한다는 이론입니다. 고전 상대론에서는 시간과 공간은 동등한 네 차원 구성요소로 취급되지만, 실제 우주는 시간 방향으로만 엔트로피가 증가하며 팽창하고 있습니다. 이에 따라 시공간의 양자 구조 안에 시간의 비가역성을 설명할 수 있는 메커니즘이 존재한다고 보는 견해가 있습니다. 양자중력 이론에서의 시간 개념: 루프양자중력과 초끈이론의 접근 양자중력 이론은 중력과 양자역학을 통합하려는 시도로, 주요 접근은 루프 양자중력(LQG)과 초끈이론입니다. 루프 양자중력 에서는 시공간이 스핀 네트워크로 구성되며, 시간이 지남에 따라 스핀 폼으로 진화합니다. 시간은 상태 간의 관계로 설명되며, 비가역적인 정보 흐름이 자연스럽게 나타날 수 있습니다. 초끈이론 은 시공간을 진동하는 끈의 모드로 해석하며, 브레인 간 충돌이나 진화 과정에서 시간 방향이 선택될 수 있습니다. 에크피로틱 우주 모델은 시간의 비대칭성이 우주 생성 과정에서 유도될 수 있음을 시사합니다...
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