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우주 이야기 205 - 우주의 거리를 재는 표준 자 BAO

 

 광활한 우주에서 천체들의 정확한 위치를 파악하는 일은 단순히 생각해도 쉽지 않은 일입니다. 특히 외부 은하처럼 아주 멀리 떨어진 천체들의 위치는 사실 상당 부분 오차 범위를 허용하지 않고서는 위치를 말하기 곤란합니다. 하지만 최근 발표된 BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) 자료를 토대로 앞으로는 1 % 오차로 은하들의 위치를 추적할 수 있게 되었다고 합니다.  


 BOSS 는 이전 포스트에서도 소개드린 SDSS - III (Sloan Digital Sky Survey - III) 연구의 일환으로 진행되는 연구입니다. (이전 포스트 참조   http://blog.naver.com/jjy0501/100164390972  ) SDSS 는 한마디로 특수한 대형 디지털 카메라로 천체들의 사진을 찍어서 그 위치를 포함한 지도를 만드는 작업입니다. 그 상세한 내용과 지도에 대해서는 이전 포스트를 참조해 주시기 바랍니다.  


 BOSS 는 우주에서 특히 바리온 (Baryon, 중입자) - 강한 상호작용을 하는 강입자 (hadron) 가운데서 세개의 쿼크로 이루어진 페르미온 (fermion) 을 말하는데 대표적으로 양성자나 중성자가 있음 - 으로 구성된 천체 중 멀리 떨어진 퀘이사와 luminous red galaxies (LRGs) 를 관측하는 연구 입니다. 물론 멀리 떨어진 모든 퀘이사와 은하를 관측해서 위치를 기록할 순 없지만 일부 표본을 통해서 전체적인 위치를 잡는 것은 가능하죠. 


 BOSS 의 연구 책임자인 데이빗 슈레겔 (David Schlegel, a member of the Physics Division of the U.S. Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab)) 은 과거 천문학자들이 50% 의 거리 차이를 두고서 논쟁을 벌였다면 5 년전에는 그 차이가 5%로 줄어들었으며 1 년 전에는 2%, 그리고 이제는 1% 까지 좁힐 수 있게 되었다고 언급했습니다. 이 새로운 표준 길이는 BAO (Baryon acoustic oscillations) standard ruler 라고 불리고 있습니다. 




(우주의 표준 측정 스케일에 대한 아티스트 컨셉  An artist's conception of the measurement scale of the universe. Baryon acoustic oscillations are the tendency of galaxies and other matter to cluster in spheres, which originated as density waves traveling through the plasma of the early universe. The clustering is greatly exaggerated in this illustration. The radius of the spheres (white line) is the scale of a “standard ruler” allowing astronomers to determine, within one percent accuracy, the large-scale structure of the universe and how it has evolved. (Credit: Image by Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory)



 적색 편이 0.2 - 0.7 정도 되는 은하 100 만개 이상을 측정한 BOSS 의 결과 덕분에 이제 천문학자들은 보다 정확하게 멀리 떨어진 은하의 위치를 측정할 수 있게 되었습니다. 2009 년 부터 SDSS - III 가 관측해서 스펙트럼을 얻은 은하의 수는 무려 1,277,503 개로 단일 기기로써는 지금까지 가장 많은 은하를 관측한 기록을 세웠다고 합니다. 하지만 이는 광대한 은하의 바다에서 한줌 모래에 지나지 않는 양이라고 할 수 있습니다. 이는 우주의 광활함을 알 수 있게 해주는 이야기죠.


 앞으로도 우주에 대한 인간의 관측은 계속될 것이고 이에 따라 정확한 위치를 가늠할 수 있는 거리 표준에 대한 필요성도 커질 것입니다. 따라서 앞으로도 멀리 떨어진 은하들에 대한 연구는 지속될 것으로 보입니다. 




 (DNews 영상.  말이 많기는 하지만 아무튼 관련된 내용.) 


 한가지 놀라운 점이라면 인간이 우주에 비해 미미한 존재이긴 하지만 그래도 이만큼 큰 우주에 대해서 이해하고 연구를 한다는 점입니다. 그점이 우주 자체만큼이나 경이로운 일인 것 같습니다.



 참고    


Journal Reference:
  1. Lauren Anderson, Eric Aubourg, Stephen Bailey, Florian Beutler, Vaishali Bhardwaj, Michael Blanton, Adam S. Bolton, J. Brinkmann, Joel R. Brownstein, Angela Burden, Chia-Hsun Chuang, Antonio J. Cuesta, Kyle S. Dawson, Daniel J. Eisenstein, Stephanie Escoffier, James E. Gunn, Hong Guo, Shirley Ho, Klaus Honscheid, Cullan Howlett, David Kirkby, Robert H. Lupton, Marc Manera, Claudia Maraston, Cameron K. McBride, Olga Mena, Francesco Montesano, Robert C. Nichol, Sebastian E. Nuza, Matthew D. Olmstead, Nikhil Padmanabhan, Nathalie Palanque-Delabrouille, John Parejko, Will J. Percival, Patrick Petitjean, Francisco Prada, Adrian M. Price-Whelan, Beth Reid, Natalie A. Roe, Ashley J. Ross, Nicholas P. Ross, Cristiano G. Sabiu, Shun Saito, Lado Samushia, Ariel G. Sanchez, David J. Schlegel, Donald P. Schneider, et al. The clustering of galaxies in the SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: Baryon Acoustic Oscillations in the Data Release 10 and 11 galaxy samples. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2014 [link]





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