(Research by the Atacama Cosmology Telescope collaboration has led to the clearest and most precise images yet of the universe's infancy, the cosmic microwave background radiation that was visible only 380,000 years after the Big Bang. This new sky map has put the standard model of cosmology through a rigorous new set of tests and show it to be remarkably robust. The new images of the early universe, which show both the intensity and polarization of the earliest light with unprecedented clarity, reveal the formation of ancient, consolidating clouds of hydrogen and helium that later developed into the first galaxies and stars. This piece of the new sky map that shows the vibration directions (or polarization) of the radiation. The zoom-in on the right is 10 degrees high. Polarized light vibrates in a particular direction; blue shows where the surrounding light's vibration directions are angled towards it, like spokes on a bicycle; orange shows places where the vibration directions circle around it. This new information reveals the motion of the ancient gases in the universe when it was less than half a million years old, pulled by the force of gravity in the first step towards forming galaxies. The red band comes from our closer-by Milky Way. Credit: ACT Collaboration; ESA/Planck Collaboration)
(Research by the Atacama Cosmology Telescope collaboration has led to the clearest and most precise images yet of the universe's infancy, the cosmic microwave background radiation that was visible only 380,000 years after the Big Bang. This new sky map has put the standard model of cosmology through a rigorous new set of tests and show it to be remarkably robust. The new images of the early universe, which show both the intensity and polarization of the earliest light with unprecedented clarity, reveal the formation of ancient, consolidating clouds of hydrogen and helium that later developed into the first galaxies and stars. A new image of the cosmic microwave background radiation, adding high definition from the Atacama Cosmology Telescope to an earlier image from the Planck satellite. The zoom-in is 10 degrees across, or twenty times the Moon's width seen from Earth, and shows a tiny portion of the new half-sky image. Orange and blue show more or less intense radiation, revealing features in the density of the universe when it was less than half a million years old - a time before any galaxies had formed. The image includes closer-by objects: the red band on the right is the Milky Way, and the red dots are galaxies containing vast black holes, the blue dots are huge galaxy clusters, and the spiral Sculptor Galaxy is visible towards the bottom. Credit: ACT Collaboration; ESA/Planck Collaboration)
(Research by the Atacama Cosmology Telescope collaboration has led to the clearest and most precise images yet of the universe's infancy, the cosmic microwave background radiation that was visible only 380,000 years after the Big Bang. This new sky map has put the standard model of cosmology through a rigorous new set of tests and show it to be remarkably robust. The new images of the early universe, which show both the intensity and polarization of the earliest light with unprecedented clarity, reveal the formation of ancient, consolidating clouds of hydrogen and helium that later developed into the first galaxies and stars. Credit: Debra Kellner)
과학자들에 갖 태어난 신생아 시기 우주의 가장 선명한 이미지를 얻었습니다. 칠레 안데스 산맥에 있는 아타칸타 사막에 건설된 아타칸타 우주론 망원경 Atacama Cosmology Telescope (ACT)이 빅뱅 직후 38만년 시기 확인한 우주 배경 복사가 바로 그것입니다.
38만년 전까지 우주는 고온의 플라스마 상태라서 빛에 직진할 수 없었습니다. 따라서 우주가 뿌옇게 흐려진 상태였는데, 우주가 팽창하면서 온도가 3000K 정도로 떨어지면서 원자핵과 전자의 결합이 일어나고 최초의 원자가 생겨나면서 빛이 직진할 수 있게 됐습니다. 이때 흑체복사에 의해 빛이 방출됐는데, 이것이 우주 배경 복사 (cosmic microwave background (CMB)) 입니다.
우주 배경 복사는 1964년 처음 알려졌지만, 사실 우리가 사용하는 라디오나 TV 수신 안테나에도 잡음으로 잡혔지만 몰랐던 것입니다. 우주 배경 복사는 우주의 팽창에 따라 2.7K로 온도가 낮아졌지만, 우주 모든 방향에서 관측이 가능합니다.
우주 배경 복사에는 미세한 물질 분포의 차이가 존재하는데, 그 차이는 10만 분의 1 수준에 불과합니다. 하지만 이 차이가 결국 중력의 차이로 작용해 점점 더 많은 물질들을 뭉치게 하고 우리가 아는 은하와 은하단을 탄생시켰습니다. 과학자들은 이 과정을 정확히 알기 위해 매우 세밀한 우주 배경 복사 관측을 시도했습니다.
ACT는 10년 전 가장 상세한 우주 배경 복사 지도를 만들었던 플랑크 우주 망원경보다 5배나 높은 해상도를 지닌 차세대 관측 장비로 이번에 공개한 지도를 통해 과학자들은 우주의 나이를 0.1%의 오차 범위에서 138억 년이라고 자신 있게 말할 수 있게 됐습니다.
또 다른 중요한 성과는 현재의 주도적인 우주론이 맞다는 점을 다시 한번 확인시킨 것입니다. ACT의 배경 복사 지도는 과학자들이 옳다고 생각하는 우주론과 부합한 결과를 보여줬습니다.
ACT의 관측 결과를 토대로 보면 관측 가능한 우주의 지름은 거의 500억 광년에 이르는 것으로 보입니다. 관측 가능한 우주 (observable universe)는 빛이 지구까지 도달할 수 있는 범위 안의 우주로 그 너머에는 우주의 가속 팽창에 따라 현재 광속보다 더 빠른 속도로 멀어지는 우주가 있습니다.
관측 가능한 우주 안에는 태양 질량의 1900 제타 (10의 21승)배에 해당하는 물질과 에너지가 있습니다. 이는 1.9조 x 1조 개의 태양과 같는 수준입니다. 하지만 별과 은하를 이루는 일반적인 물질은 사실 100제타 정도이며 아직도 정체를 모르는 암흑물질이 500제타, 그리고 1300제타에 달하는 암흑 에너지로 되어 있습니다.
과학이 발달한 현재에도 우리가 아는 부분은 이렇게 극히 일부에 불과하기 때문에 과학자들은 진실을 밝히기 위해 계속 노력하고 있습니. 그리고 그 노력이 지금처럼 하나씩 결실을 맺게 될 것입니다.
참고
https://phys.org/news/2025-03-clearest-images-year-universe-reveal.html
Latest ACT DR6 Papers:
The CMB maps: Næss, Guan, Duivenvoorden, Hasselfield, Wang et al, 2025.
The CMB power spectra and fitting to LCDM: Louis, La Posta, Atkins, Jense et al, 2025 .
Constraints on extensions to LCDM: Calabrese, Hill, Jense, La Posta et al, 2025.
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