우주 이야기 272 - 우주 저멀리의 은하를 찾아낸 허블 우주 망원경

 현재 존재하는 가장 강력한 망원경 가운데 하나인 허블 우주 망원경은 비록 향후 업그레이드 계획 없이 사용할 수 있는 순간까지 사용하다 버려질 운명이긴 하지만 마지막 남은 시간 동안 최선을 다해서 관측에 나서고 있습니다. 

 허블의 여러가지 관측 과제 가운데서 가장 중요한 것은 우주 저 멀리에 있는 은하들을 관측하는 것입니다. 저 멀리 있는 은하는 결국 그만큼 더 오래된 우주 초기의 은하를 의미합니다. 그러나 100 억 광년 이상 저 멀리 떨어진 은하를 관측하는 일은 허블 우주 망원경으로써도 거의 극한에 해당하는 일이기도 합니다. 

 그래서 허블 우주 망원경을 이용해서 우주 저 멀리를 관측하는 과학자들은 중력 렌즈 효과를 이용하고 있습니다. 중력 렌즈는 아인슈타인의 상대성 이론에 의해 예측된 효과로 질량을 가진 물체가 빛을 휘게 만들어 마치 렌즈같은 역할을 하는 현상을 의미합니다. 이를 통해서 과학자들은 매우 멀리 떨어진 은하를 더 상세하게 관측할 수 있습니다. 

 아벨 2744 (Abell 2744) 는 판도라의 은하단이라는 별명을 지닌 거대 은하단으로 3 억 5000 만 광년에 달하는 폭을 지녔는데 독특하게도 여기에 속하는 은하들은 은하단 질량의 5% 에 지나지 않습니다. 이 은하단의 질량 중 20 % 는 뜨거운 가스로 구성되어 있으며 (X 선 영역에서 관측될 만큼 뜨거운 가스) 75% 는 암흑 물질로 구성되어 있는 것으로 보입니다. 아무튼 지구에서 약 40 억년 정도 떨어진 이 은하단은 그 큰 질량으로 강력한 중력 렌즈 효과를 나타냅니다. 

 최근 캘리포니아 공대의 아디 지트린 (Adi Zitrin of the California Institute of Technology in Pasadena) 을 비롯한 연구자들은 허블 우주 망원경과 아벨 2744 를 이용해서 거의 130 억년이나 된 것으로 보이는 아주 오래된 은하의 빛을 포착하는 데 성공했습니다. 이는 빅뱅 이후 약 5 억년 정도 된 아주 어린 초기 은하의 모습을 포착한 것으로 그야 말로 아기 은하를 찾아내는 데 성공한 셈입니다. 

(아벨 2744 와 새롭게 찾아낸 초기 은하들. The mammoth galaxy cluster Abell 2744 is so massive that its powerful gravity bends the light from galaxies far behind it, making these otherwise unseen background objects appear larger and brighter than they would normally. Image Credit: NASA, J. Lotz, (STScI)  ) 

 이 은하를 찾는 일은 사실 흔히 하는 속담으로 건초 더미에서 바늘 하나를 찾거나 혹은 모래 사장에서 모래 한개를 찾아내는 일에 비교할 수 있을 만큼 어려웠다고 합니다. 이렇게 어렵게 찾아낸 은하는 불과 850 광년에 불과한 지름에 태양 질량의 4000 만배에 불과한 질량을 가지고 있었습니다. 하지만 이 초기 은하는 아주 빠른 속도로 별을 생성하고 주변의 가스를 빨아들여 성장하고 있습니다. 그리고 아마도 다른 은하와 합병을 거듭하며 미래의 거대 은하로 진화할 가능성도 있습니다. 

 그런데 사실 거대 중력 렌즈와 허블 우주 망원경의 능력으로도 이 초기 은하들은 작은 점으로 밖에 보이지 않습니다. 물론 이 발견도 많은 정보를 제공하고 있지만 더 많은 것들을 알아내기 위해서는 역시 차세대 망원경의 도움이 필요할 것입니다. 이제 발사 시기가 점차 다가오는 제임스 웹 우주 망원경이나 수십 미터 급의 거대 지상 망원경들이 이 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대 합니다. 

 이 연구는 Astrophysical Journal 에 실렸습니다.  

 참고 

Journal Reference:

1. Adi Zitrin, Wei Zheng, Tom Broadhurst, John Moustakas, Daniel Lam, Xinwen Shu, Xingxing Huang, Jose M. Diego, Holland Ford, Jeremy Lim, Franz E. Bauer, Leopoldo Infante, Daniel D. Kelson, Alberto Molino. A GEOMETRICALLY SUPPORTEDz∼ 10 CANDIDATE MULTIPLY IMAGED BY THE HUBBLE FRONTIER FIELDS CLUSTER A2744. The Astrophysical Journal, 2014; 793 (1): L12 DOI: 10.1088/2041-8205/793/1/L12

http://www.nasa.gov/press/2014/october/nasa-s-hubble-finds-extremely-distant-galaxy-through-cosmic-magnifying-glass/#.VEPEpvl_t8E

http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141016140851.htm