가이아 우주 망원경은 소행성 과학을 흔든다

가이아는 약 6시간 동안 축을 중심으로 천천히 회전하며 두 개의 광학 우주 망원경으로 구성되는데요. 세 가지 과학 장비를 사용하면 별의 위치와 속도, 스펙트럼 속성을 정확하게 결정할 수 있습니다. 가이아는 지구에서 반태양 방향으로 약 1,500만km 정도 떨어진 곳에 위치하며, 소위 태양-지구 라그랑주 L2 점 근처에서 지구와 함께 태양을 공전합니다.

2022년 6월 13일의 가이아 DR3는 천문학 전반에 걸쳐 중요한 역할을 합니다. 약 50개의 과학 기사가 DR3과 함께 출판되고 있으며, 그 중 9개의 기사는 미래 연구를 위한 DR3의 예외적으로 중요한 잠재력을 강조하는 데 사용되었습니다.

예를 들어, 새로운 DR3 데이터는 화학 성분, 온도, 색상, 질량, 밝기, 나이, 별의 방사 속도 등을 포함합니다. DR3에는 은하수에 대한 사상 최대의 쌍성 카탈로그, 150,000개 이상의 태양계 물체, 대부분 소행성뿐 아니라 행성 위성, 은하수 너머에 있는 수백만 개의 은하와 퀘이사 등이 포함되어 있습니다.

혁명적 발전이 너무 많아 가장 중요한 발전을 하나만 꼽기가 어려운데요. 가이아 DR3를 기반으로 핀란드 연구자들은 우리 태양계의 소행성, 우리 은하계의 외계행성과 별, 은하계의 개념을 바꿀 것입니다. 헬싱키 대학의 Karri Muinonen 아카데미 교수의 말에 의하면 은하와 주변 위성 은하를 포함하여 가이아는 우리의 고향 행성으로 돌아가 탐색 및 위치 지정을 위한 초정밀 기준 좌표계를 생성할 것이라고 합니다.

가이아와 소행성

DR2에 비해 가이아 DR3에서 보고된 소행성 수가 10배 증가했다는 사실은 가이아가 탐지한 소행성 사이의 근접한 조우 수가 크게 증가했다는 것을 의미합니다. 이러한 가까운 만남은 소행성 질량 추정에 활용될 수 있는데, 특히 다른 망원경으로 얻은 천체 측정법과 결합할 때 Gaia DR3 천체 측정법을 사용하여 도출할 소행성 질량의 수가 크게 증가할 것으로 기대하고 있습니다.

소행성 궤도의 기존 계산에서 소행성은 점과 같은 물체로 가정되고 크기, 모양, 회전 및 표면 광산란 속성은 고려되지 않습니다. 그러나 가이아 DR3 점성법은 너무 정확하여 소행성의 질량 중심과 태양에 의해 조명되고 가이아가 볼 수 있는 영역 중심 사이의 각도 오프셋을 설명해야 합니다. Gaia DR3를 기반으로 오프셋은 소행성(21) Lutetia에 대해 인증되었습니다.

ESA 로제타 우주 임무는 2010년 7월 10일 비행 중에 루테티아를 촬영했습니다. 로제타 루테티아 이미지와 지상 천문 관측의 도움으로 회전 주기, 회전 극 방향 및 상세한 형상 모델이 도출되었는데요. 물리적 모델링이 궤도 계산에 통합되면, 시스템 오류가 제거되고 기존 계산과 달리, 모든 관찰이 궤도 솔루션에 통합될 수 있습니다. 결과적으로, 가이아 천문학은 소행성의 물리적 특성에 대한 정보를 제공합니다. 이러한 속성은 점성술에 대한 물리적 모델 또는 경험적 오류 모델을 사용하여 고려됩니다.

Gaia DR3에는 처음으로 스펙트럼 관측이 포함된다고 할 수 있습니다. 스펙트럼은 다른 파장에서 밝기를 의미하는 대상의 색상을 측정합니다. 특히, 여기서 흥미로운 기능 중 하나는 새 릴리스에 태양계에 있는 약 60,000개의 소행성 스펙트럼이 포함되어 있다는 것입니다. 소행성 스펙트럼에는 구성에 대한 정보가 포함되어 있고, 따라서 소행성의 기원과 전체 태양계의 진화에 대한 정보가 포함되어 있습니다. Gaia DR3 이전에는 사용할 수 있는 소행성 스펙트럼이 수천 개에 불과했기 때문에 Gaia는 데이터 양을 10배 이상 늘리게 될 것입니다.

가이아와 외계행성

가이아는 호스트 별의 움직임에 대한 중력 효과를 측정하여 최대 20,000개의 거대한 외계행성을 탐지할 것으로 예상됩니다. 이를 통해 향후 몇 년 동안 태양계 주변에서 거의 모든 목성과 유사한 외계행성을 찾고 태양계와 유사한 건축물이 얼마나 흔한지 결정할 수 있습니다. 이러한 최초의 천체 측정 가이아 탐지는 엡실론 Indi A 주변의 거대한 외계행성으로, 불과 12광년 떨어진 가장 가까운 목성과 유사한 외계행성에 해당합니다. 이러한 첫 번째 탐지는 반경 방향 속도 측량에서 관찰된 가속도가 가이아의 이동 데이터와 결합되어 궤도와 행성의 질량을 결정할 수 있기 때문에 가능합니다.

가이아와 은하계

Gaia DR3의 마이크로아크초 분해능은 우리은하뿐만 아니라 그것을 둘러싸고 있는 많은 위성 은하에서도 별의 움직임을 정밀하게 측정합니다. 우리은하 자체 내에서 별들의 운동으로부터 우리는 그 질량을 정확하게 측정할 수 있고, 위성의 고유 운동과 함께 우리는 이제 그들의 궤도를 정확하게 결정할 수 있습니다. 이를 통해 우리은하계의 과거와 미래를 모두 볼 수 있습니다. 예를 들어, 우리은하를 둘러싸고 있는 은하들 중 어느 은하가 진짜 위성이고 어느 은하가 그냥 지나가고 있는지 알 수 있습니다. 우리는 또한 은하수의 진화가 우주론적 모델을 따르는지, 특히 위성 궤도가 표준 암흑물질 모델에 맞는지 조사할 수 있습니다.