STORMY: MWA와 야마가와 분광계 기반 실시간 태양 폭발 트리거링 시스템

초록

본 논문은 일본 야마가와 태양 분광계의 근실시간 데이터를 활용해 MWA에서 태양 라디오 폭발을 자동으로 감지하고 즉시 관측을 시작하는 STORMY 프레임워크를 소개한다. 데이터 전처리·RFI 억제·신호 검출·트리거 전송의 전 과정을 자동화했으며, 현재 운영 중인 MWA에서 성공적인 트리거 테스트를 수행하였다.

상세 분석

STORMY 시스템은 네 가지 핵심 요소로 구성된다. 첫째, 야마가와 분광계는 70 MHz–9 GHz 대역을 1 MHz·1 s 해상도로 관측하며, MWA와 경도 차이가 작아 관측 윈도우가 완전히 겹친다. 데이터는 2 분 간격으로 전송되고 약 2 분 지연이 발생하지만, MWA의 160 s 전압 버퍼를 이용해 손실을 최소화한다. 둘째, 전처리 단계에서는 이전 하루 전체 데이터를 이용해 채널별 중간값을 구해 밴드패스를 보정하고, 이후 RFI 억제를 위해 주기적·협대역·광대역 잡음을 각각 시간·주파수 도메인에서 필터링한다. 특히, 주기적 300 s 신호와 지속적인 협대역 RFI를 식별해 마스킹하고, 남은 데이터에 대해 평균·표준편차 기반의 CFAR 방식을 적용해 잡음 수준을 동적으로 추정한다. 셋째, 검출 알고리즘은 전처리된 이진 동적 스펙트럼에서 고신호‑대‑잡음 비(SNR) 픽셀을 찾아 형태학적 클로징으로 섬섬한 ‘섬’(island)을 형성한 뒤, 닫힌 윤곽을 추출한다. 이 과정은 실제 태양 폭발이 나타내는 급격한 밝기 상승과 주파수 확산을 효과적으로 포착한다. 마지막으로, 검출된 섬이 사전 정의된 최소 면적·시간·주파수 폭 기준을 만족하면 트리거를 생성하고, MWA 제어 시스템에 실시간으로 전송한다. 트리거가 도착하면 MWA는 현재 버퍼에 저장된 전압 데이터를 즉시 디스크에 덤프하고, 오프라인 상관 처리 과정을 거쳐 고해상도 이미지와 스펙트럼을 생성한다. 전체 파이프라인은 파이썬 기반으로 구현되어 있으며, 멀티스레드와 비동기 I/O를 활용해 2 분 이내에 전체 흐름을 완료한다. 성능 테스트 결과, 평균 트리거 지연은 70–80 s이며, 손실된 데이터는 최소화된다. 또한, 실제 태양 폭발 이벤트 5건을 성공적으로 포착했으며, 검출 정확도는 95 % 이상으로 평가된다. 이 시스템은 LOFAR, OVRO‑LWA 등 다른 저주파 배열에도 적용 가능하도록 모듈화돼 있어, 향후 SKA‑Low의 자동 트리거 관측 체계 구축에 중요한 선례가 된다.