XDF : the eXtreme Deep Field

 

 

 

사진작가들이 가장 잘나온 사진들을 조합하여 포트폴리오를 구성하듯이 천문학자들이 지금까지 인류가 촬영한 가장 깊은 우주의 사진들을 조합하여 훨씬 개선된 새로운 우주의 초상화를 만들어냈다.

익스트림 딥 필드(the eXtreme Deep Field. 이하 XDF)라고 명명된 이 사진은 허블 울트라 딥 필드(Hubble Ultra Deep Field, HUDF)의 중심부를 허블우주망원경을 통해 10년동안 촬영하여 이로부터 얻은 사진들을 조합하여 만들어졌다.

 

XDF는 보름달 지름의 사각형에서도 작은 조각정도 크기에 지나지 않는다. 

 

XDF의 촬영영역과 보름달의 크기비교

 

 

허블 울트라 딥 필드는 화로자리의 아주 작은 영역을 허블우주망원경을 통해 2003년부터 2004년까지 촬영하여 만들어진 것이다.

여러시간동안 촬영된 희미한 빛들을 집대성한 결과 우리 근처와 아주 멀리에 존재하고 있는 수천개의 은하들이 나타났으며 이는 당시까지 촬영한 우주의 모습 중 가장 깊은 우주를 촬영한 것이었다.

 

이번에 만들어진 XDF에는 허블에 새로 장착된 적외선 카메라로 수집된, 아주 깊은 노출을 통해 얻어낸 붉은 빛을 비롯한, 아주 희미한 은하들이 담겨있어 우주의 첫세대 은하들에 대한 연구까지도 가능하게 되었다.

XDF에 담겨 있는 은하들은 약 5500개이다.

가장 희미한 은하의 밝기는 육안으로 볼 수 있는 밝기의 1억분의 1정도의 밝기만을 가지고 있다.

우리 은하와 유사한 모양의 웅장한 나선은하들과 우리의 이웃은하인 안드로메다 은하가 담겨 있으며 새로운 별들의 생성은 중단된, 비슷한 규모의 흐릿한 붉은색 은하들도 담겨있다. 

이들 붉은 은하들은 은하간의 드라마틱한 충돌 이후 남겨진 잔해들이며 쇠퇴기에 접어든 은하들이다.

 

사진 곳곳에 흩뿌려져 있는 작고 희미한, 훨씬 먼거리에 존재하는 은하들은 오늘날 보이는 거대한 은하들로 성장할 묘목과 같은 은하들이다.

 

 

은하의 역사 - 즉 우주가 막 탄생한 순간 생겨난 1세대 은하들로부터 오늘날, 우리은하와 같은 거대 은하들에 이르기까지 - 가 이 멋진 사진에 모두 담겨져 있는 것이다.

허블 우주망원경은 남쪽 하늘의 아주 작은 부분을 지목하여 (지난 10 여년 동안)  50일 이상, 총 2백만 초의 노출을 통해 이 사진을 촬영해 냈다.

 

동일 지역에 대해 2천장이 넘는 사진이 허블의 최상급 카메라인 ACS와 허블의 시야를 근적외선까지 확장해준 WFC3로 촬영되어 XDF로 엮어진 것이다.

2009 허블울트라딥필드 프로그램의 수석연구원이자 캘리포니아 대학의 가스 일링워스 이 사진의 의미를 다음과 같이 평가했다.
"XDF는 지금까지 촬영된 우주 중 가장 깊은 우주를 촬영한 것이며  가장 희미하고 가장 멀리 존재하는 은하들의 비밀을 밝혀준 사진입니다."  

 

우주의 나이는 137억년 이며, XDF에는 132억년 전에 생성된 은하들도 담겨있다.

XDF에 담겨 있는 대부분의 은하들은 매우 어리고 작은, 한창 성장을 계속하고 있는 은하들이며 자주 폭력적으로 충돌과 합병을 겪고 있는 은하들이다.

 

 

<사진설명 : 이 일러스트레이션은 XDF의 컷을 시대별로 나열하여 설명하고 있다.

첫번째 프레임에는 충분히 성숙한 은하들의 모습이 담겨 있으며 이들은 50억년 이내 범위에 존재하고 있다.

90억년 상관을 나타내는 우주가 두 번째 프레임이며 이 때 우주는 진화하는 은하들로 가득차 있었다.

90억년을 넘어서 존재하는 은하들은 갓태어난 거대 질량의 푸른 별들의 광풍이 몰아치는 소규모 고밀도의 은하들이다.>

초기 우주에서 드라마틱하게 탄생한 은하들에는 우리 태양보다도 훨씬 밝게 빛나는 푸른색 별들이 포함되어 있었다.

이처럼 엄청난 과거로부터 출발한 빛이 이제 막 지구에 도착하여 XDF에 담긴 것이다.
그래서 XDF를 "머나먼 과거로 향하는 시간 터널"이라 한다.
XDF에서 발견된 가장 어린 은하는 우주가 탄생한 빅뱅 이후 고작 4억 5천만년 후 만들어진 것이다.

 

허블우주망원경이 발사됐던 1990년 전에 천문학자들이 간신히 볼 수 있었던 은하는 우주 나이의 반 정도에 해당하는 70억년 전의 은하였다.

지상에 위치한 천문대의 망원경으로는 초기우주에서 은하가 어떻게 생성되고 어떻게 진화되어 왔는지를 알 수 없었던 것이다.  

허블우주망원경은 천문학자들에게 은하가 어린 나이일 때 실제로 어떻게 형성되고 어떤 꼴을 갖추고 있는지에 대한 관점을 처음으로 제공해 주었다.

이는 우주가 나이를 먹어감에 따라 진정 변하고 있다는 사실에 대한 직접적이고 거역할  수 없는 시각적 증거가 된 것이다.

 

마치 동영상의 프레임을 하나하나 잘라보는 것과 같이 허블망원경의 깊은 우주의 관측을 통해 초기 우주에서의 은하 출현과 은하의 진화과정에서 나타나는 일련의 역동적인 성장단계를 모두 볼 수 있는 것이다.  

 

NASA가 계획하고 있는 적외선 망원경인 제임스웹 우주망원경 역시 XDF를 조준하게 될 것이다.

웹 우주망원경 역시 우주가 고작 몇 억년 정도에 지나지 않았던 당시에 존재했던 희미한 은하들을 찾게 될 것이다.

우주 자체가 팽창하고 있기 때문에 머나먼 과거로부터 출발한 빛 역시 길어져 적외선 파장까지 늘어지게 된다.

웹 우주망원경의 적외선 관측기는 XDF보다 심지어 더 깊게 들어가 1세대 별들과 은하들이 형성되던 때, 그리고 초기 우주의 암흑시대를 관찰하기에 매우 적합하게 만들어졌다.

 

XDF/HUDF09의 연구진은 다음과 같다.

G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)
R. Bouwens (Leiden University)

M. Carollo (Swiss Federal Institute of Technology, Zurich (ETH))
M. Franx (Leiden University)

V. Gonzalez (University of California, Santa Cruz)
I. Labbe (Leiden University)

D. Magee and P. Oesch (University of California, Santa Cruz)
M. Stiavelli (Space Telescope Science Institute)
M. Trenti (University of Cambridge), and

P. van Dokkum (Yale University).

 

일반인 여러분들은   "허블 익스트림 딥 필드 관측 팀 만나보기' 웹 세미나에 초대합니다.

XDF 관측팀의 핵심 천문학자 세 분께서 이 사진이 어떻게 구성되었는지와 우주의 진화에 대해서 설명해 줄 것입니다.  

참가를 희망하는 분들은 전문가분들과 논의할 패널분들을 위해 질문을 보내주시기 바랍니다.

웹 세미나는 2012년 9월 27일 동부표준시 오후 1시에 방송될 예정입니다.

웹 세미나에 참석을 원하시는 분들은 http://hubblesite.org/go/xdf/ 에 방문해 주십시오.

 

 

 

 

 

 

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2012년 9월 25일 발표된 뉴스입니다.

 

 

원문>

ABOUT THIS IMAGE:

Like photographers assembling a portfolio of best shots, astronomers have assembled a new, improved portrait of mankind's deepest-ever view of the universe.

Called the eXtreme Deep Field, or XDF, the photo was assembled by combining 10 years of NASA Hubble Space Telescope photographs taken of a patch of sky at the center of the original Hubble Ultra Deep Field. The XDF is a small fraction of the angular diameter of the full Moon.

The Hubble Ultra Deep Field is an image of a small area of space in the constellation Fornax, created using Hubble Space Telescope data from 2003 and 2004. By collecting faint light over many hours of observation, it revealed thousands of galaxies, both nearby and very distant, making it the deepest image of the universe ever taken at that time.

The new full-color XDF image reaches much fainter galaxies, and includes very deep exposures in red light from Hubble's new infrared camera, enabling new studies of the earliest galaxies in the universe. The XDF contains about 5,500 galaxies even within its smaller field of view. The faintest galaxies are one ten-billionth the brightness of what the human eye can see.

Magnificent spiral galaxies similar in shape to our Milky Way and the neighboring Andromeda galaxy appear in this image, as do the large, fuzzy red galaxies where the formation of new stars has ceased. These red galaxies are the remnants of dramatic collisions between galaxies and are in their declining years. Peppered across the field are tiny, faint, more distant galaxies that were like the seedlings from which today's striking galaxies grew. The history of galaxies — from soon after the first galaxies were born to the great galaxies of today, like our Milky Way — is laid out in this one remarkable image.

Hubble pointed at a tiny patch of southern sky in repeat visits (made over the past decade) for a total of 50 days, with a total exposure time of 2 million seconds. More than 2,000 images of the same field were taken with Hubble's two premier cameras — the Advanced Camera for Surveys and the Wide Field Camera 3, which extends Hubble's vision into near-infrared light — and combined to make the XDF.

"The XDF is the deepest image of the sky ever obtained and reveals the faintest and most distant galaxies ever seen. XDF allows us to explore further back in time than ever before," said Garth Illingworth of the University of California at Santa Cruz, principal investigator of the Hubble Ultra Deep Field 2009 (HUDF09) program.

The universe is 13.7 billion years old, and the XDF reveals galaxies that span back 13.2 billion years in time. Most of the galaxies in the XDF are seen when they were young, small, and growing, often violently as they collided and merged together. The early universe was a time of dramatic birth for galaxies containing brilliant blue stars extraordinarily brighter than our Sun. The light from those past events is just arriving at Earth now, and so the XDF is a "time tunnel into the distant past." The youngest galaxy found in the XDF existed just 450 million years after the universe's birth in the big bang.

Before Hubble was launched in 1990, astronomers could barely see normal galaxies to 7 billion light-years away, about halfway across the universe. Observations with telescopes on the ground were not able to establish how galaxies formed and evolved in the early universe.

Hubble gave astronomers their first view of the actual forms and shapes of galaxies when they were young. This provided compelling, direct visual evidence that the universe is truly changing as it ages. Like watching individual frames of a motion picture, the Hubble deep surveys reveal the emergence of structure in the infant universe and the subsequent dynamic stages of galaxy evolution.

The infrared vision of NASA's planned James Webb Space Telescope (Webb telescope) will be aimed at the XDF. The Webb telescope will find even fainter galaxies that existed when the universe was just a few hundred million years old. Because of the expansion of the universe, light from the distant past is stretched into longer, infrared wavelengths. The Webb telescope's infrared vision is ideally suited to push the XDF even deeper, into a time when the first stars and galaxies formed and filled the early "dark ages" of the universe with light.

The XDF/HUDF09 team members are G. Illingworth (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University), M. Carollo (Swiss Federal Institute of Technology, Zurich (ETH)), M. Franx (Leiden University), V. Gonzalez (University of California, Santa Cruz), I. Labbe (Leiden University), D. Magee and P. Oesch (University of California, Santa Cruz), M. Stiavelli (Space Telescope Science Institute), M. Trenti (University of Cambridge), and P. van Dokkum (Yale University).

The public is invited to participate in a "Meet the Hubble eXtreme Deep Field Observing Team" webinar, in which three key astronomers of the XDF observing team will describe how they assembled the landmark image and explain what it tells us about the evolving universe. Participants are invited to send in questions for the panel of experts to discuss. The webinar will be broadcast at 1:00 p.m. EDT on Thursday, September 27, 2012. To participate in the webinar, please visit: http://hubblesite.org/go/xdf/ .

For additional information, contact:

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

Garth Illingworth
University of California, Santa Cruz, Calif.
831-459-2843
gdi@ucolick.org

Object Names: Hubble eXtreme Deep Field, XDF

Image Type: Astronomical

 

Credit: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University), and the HUDF09 Team