(This map of the entire sky shows the location of 739 blazars used in the Fermi Gamma-ray Space Telescope's measurement of the extragalactic background light (EBL). The background shows the sky as it appears in gamma rays with energies above 10 billion electron volts, constructed from nine years of observations by Fermi's Large Area Telescope. The plane of our Milky Way galaxy runs along the middle of the plot. Credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)
과학자들이 관측 가능한 우주 (observable universe)에 있는 모든 광자(photon)의 숫자를 추정했습니다. 이는 우주에 있는 모든 천체의 밝기를 측정한 것과 마찬가지입니다. 언뜻 생각하기에는 어떻게 이런 측정이 가능할지 궁금하지만, 클렘슨 대학의 천체 물리학자인 마르코 아젤로 (Clemson College of Science astrophysicist Marco Ajello)와 그의 동료들은 나사의 페르미 감마선 우주 망원경 (Fermi Gamma-ray Space Telescope)를 이용해 이를 추정할 수 있는 방법을 찾아냈습니다.
페르미는 지난 10년 동안 우주의 강력한 감마선 방출원을 관측해왔습니다. 예를 들어 강력한 블랙홀의 제트인 블레이저 (blazer)가 대표적인 사례입니다. 초고온의 입자에서 나오는 감마선은 우주를 지나 지구까지 도달하면서 여러 입자와 충돌하는데 빛의 입자인 광자도 예외가 아닙니다. 특히 블레이저와 지구 사이에 다른 은하나 가스가 없는 경우 충돌할 입자는 사실 광자 밖에 없습니다. 연구팀은 이 광자와 은하 밖 우주를 돌아다니는 광자인 extragalactic background light (EBL)의 상호작용을 조사했습니다.
감마선과 EBL이 충돌하면 전자와 양전자가 생성되면서 블레이저에서 나온 감마선은 조금씩 약해집니다. 그 정도를 측정하면 우주에 있는 광자의 수를 추정할 수 있는 것입니다. 그 숫자는 대략 4x10^84개 입니다. 사실 우리가 체감하기 어려운 정도의 큰 숫자이지만 이번 연구는 그럼에도 불구하고 우주가 어둡게 보이는 이유 역시 같이 보여주고 있습니다
(동영상)
연구팀에 의하면 우주의 거대함 덕분에 이 모든 광자를 다 모아도 2.5마일 밖에 있는 60와트 전구를 보는 수준에 지나지 않는다고 합니다. 이는 수많은 별에도 밤하늘이 어두운 이유를 잘 설명하고 있습니다. 또 다른 흥미로운 이야기는 페르미 데이터가 우주의 밝기 뿐이 아니라 시간에 따른 변화도 설명해준다는 점입니다. 멀리서 온 감마선 일수록 더 오래전 과거이기 때문입니다. 이에 따르면 우주가 가장 밝았던 시기는 100억년 전으로 우주에서 별 생성이 가장 활발한 시기였습니다.
생각하지 못했던 방법으로 알아낸 우주의 재미있는 사실 같습니다.
참고
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