KAIST가 레이저 빛을 활용해 전파망원경의 기준 신호 정밀도를 획기적으로 높이는 기술을 개발했다. 미세한 우주 전파를 보다 선명하게 포착할 수 있어 블랙홀 관측은 물론 심우주 탐사, 차세대 원자시계 등 초정밀 계측 분야로의 확장이 기대된다.

KAIST는 기계공학과 김정원 교수 연구팀이 한국천문연구원, 한국표준과학연구원, 독일 막스플랑크 전파천문연구소와 공동으로 광주파수빗(optical frequency comb) 레이저를 전파망원경 수신기에 직접 적용하는 기술을 세계 최초로 구현했다고 16일 밝혔다.

전파망원경 여러 대를 하나처럼 연동하는 초장기선 전파간섭계(VLBI) 관측에서는 각 망원경이 동일한 시점과 위상으로 신호를 받아야 한다. 그러나 기존 전자식 기준 신호 방식은 관측 주파수가 높아질수록 신호 흔들림이 커져 정밀한 위상 보정에 한계가 있었다.

연구팀은 기준 신호 생성 단계부터 빛을 활용해 정밀도를 높이는 접근법을 적용했다. 수만 개의 정확한 주파수를 동시에 제공하는 광주파수빗 레이저를 전파망원경 내부 기준 신호로 직접 전달함으로써, 신호 생성과 위상 보정을 하나의 광학 시스템에서 동시에 해결했다. 이를 통해 장비 간 위상 지연 오차를 크게 줄일 수 있는 기반을 마련했다.

해당 기술은 한국우주전파관측망(KVN) 연세 전파망원경에서 시험 관측으로 검증됐다. 연구팀은 안정적인 간섭무늬를 검출하며 정밀한 위상 보정이 가능함을 확인했고, 현재는 KVN 평창 전파망원경으로 확대 적용해 다중 관측소 실험을 진행 중이다.

김정원 교수는 “전자식 기준 신호의 한계를 광학 기술로 극복한 사례”라며 “차세대 블랙홀 관측의 해상도를 높이고, 시공간 기준이 중요한 다양한 첨단 분야로 활용이 가능하다”고 말했다.

이번 연구에는 현민지 박사(현 한국표준과학연구원)와 안창민 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 Light: Science & Applications 1월 4일자에 게재됐다. 연구는 국가과학기술연구회(NST)와 한국연구재단, 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다.