우주 이야기 315 - 불타는 고리? ALMA로 본 아인슈타인 고리

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 아인슈타인의 상대성 이론으로 예측되는 현상 중 하나는 중력 렌즈입니다. 중력에 의해 빛의 경로가 휘면 마치 렌즈 같은 효과를 내서 물체가 확대되거나 고리처럼 보이거나 몇 개로 중복되서 보이는 것입니다. 은하나 은하단처럼 큰 질량을 가진 천체가 주로 렌즈 역할을 해서 멀리 있는 은하를 확대해서 볼 수 있기 때문에 천문학자들에게는 중요한 현상이죠.

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 확대되는 물체는 렌즈 역할을 하는 천체와의 각도에 따라 다양한 모습을 나타냅니다. 4 개로 분리되어 보이는 경우 아인슈타인 십자가라고 부르고 ( http://blog.naver.com/jjy0501/220292078965  참조) 더 극단적으로 늘어져서 고리처럼 보이는 경우 아인슈타인 고리라고 부릅니다. 아인슈타인 고리의 이미지는 허블 우주 망원경 같은 광학 망원경에서 쉽게 찾아볼 수 있는데, 사실은 전파 망원경으로도 확인이 가능합니다. 빛도 전자기파의 일종이니까요.

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 최근 천문학자들은 지구에서 무려 120억 광년이나 떨어져 있는 젊은 은하인 SDP.81 의 모습을 세계에서 가장 강력한 전파 망원경 가운데 하나인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해서 포착했습니다. ALMA로도 이렇게 멀리 떨어진 은하를 관측한다는 것은 매우 어려운 일입니다. 하지만 중력 렌즈의 도움으로 천문학자들은 그 모습을 포착할 수 있었습니다.

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(포착된 SDP.81 의 중력 렌즈 이미지  ALMA image of the gravitationally lensed galaxy SDP.81. The bright orange central region of the ring (ALMA's highest resolution observation ever) reveals the glowing dust in this distant galaxy. The surrounding lower-resolution portions of the ring trace the millimeter wavelength light emitted by carbon monoxide. Credit: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton NRAO/AUI/NSF)

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 이 중력 렌즈 이미지가 어떻게 실제 이미지를 왜곡했는지는 아래 영상을 참조해 주시기 바랍니다. ​

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(동영상)

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 이 영상을 얻기 위해서 ALMA의 거대한 전파 망원경들은 최대 너비인 15km 까지 퍼져서 관측을 시행했다고 합니다. 그 결과 불타는 고리 같은 아인슈타인 링을 확인하는데 성공했습니다. ALMA의 최고 분해능은  23 milliarcseconds 인데 이 해상도를 설명하자면 뉴욕에 있는 엠파이어 스테이트 빌딩에서 파리에 에펠탑 위에 놓인 야구공의 테를 확인하는 수준이라고 합니다.

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(허블 우주 망원경과 ALMA 이미지 합성 ALMA/Hubble composite image of the gravitationally lensed galaxy SDP.81. The bright orange central region of the ring (ALMA's highest resolution observation ever) reveals the glowing dust in this distant galaxy. The surrounding lower-resolution portions of the ring trace the millimeter wavelength light emitted by carbon monoxide. The diffuse blue element at the center of the ring is from the intervening lensing galaxy, as seen with the Hubble Space Telescope.  Credit: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton NRAO/AUI/NSF; NASA/ESA Hubble, T. Hunter (NRAO)) 

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 불타는 고리같은 은하의 이미지는 신기하지만 사실 과학자들에게 더 중요한 것은 본래 은하의 모습입니다. 천문학자들은 컴퓨터의 도움을 받아 본래 이미지가 어떠했는지를 재구성할 수 있습니다. 그리고 우주 초기의 은하가 어떻게 진화했는지에 대한 중요한 단서를 얻을 수 있습니다.

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 아무튼 어떤 영화의 한 장면이 생각나는 고리가 아닐 수 없습니다.

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 참고

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   "ALMA Long Baseline Observations of the Strongly Lensed Submillimeter Galaxy HATLAS J090311.6+003906 at z=3.042," is located here: arxiv.org/abs/1503.02652

 http://phys.org/news/2015-04-alma-einstein-stunning-image-lensed.html#jCp

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