허블 프론티어 필드(the Frontier Field) - 보이지 않던 수천 개의 은하들을 촬영하다.

 

Credit: NASA, ESA, and J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer, and the HFF Team (STScI)

사진1> 

오랜동안의 노출로 촬영된 이 사진은 지금까지 촬영된 어떤 은하단보다 가장 깊은 노출을 이용하여 촬영된 것이다.

사진의 주인공은 어마어마한 질량을 자랑하는 Abell 2744은하단이다.
여기에는 지금까지 관측된 은하 중 가장 희미하고 어린 은하들도 담겨있다.

Abell 2744는 조각실자리에 위치하며 사진에서 앞쪽으로 보인다.

35억 광년 거리의 이 은하단에는 수백 개의 은하가 포함되어 있다. 

Abell 2744의 거대한 중력은 우주공간을 구부리는 중력렌즈로서 작동하여 훨씬 멀리 떨어져 있는, 거의 3천여 개에 달하는 은하를 더 밝게 확대하는 역할을 수행하고 있다.

이들 훨씬 멀리 떨어져 있는 은하들은 120억광년 이전의 모습을 보여주고 있으며 이는 빅뱅 이후 얼마 지나지 않은 때이다.

이 사진은 유례없이 먼거리의 우주를 바라보는 프론티어 필드(The Frontier Fields)라 명명된, NASA의 훌륭한 천체망원경들과 함께하는 야심찬 프로젝트의 일환으로 촬영되었다.

향후 수 년동안 하늘의 특정 대역이 은하의 진화를 보다 더 잘 이해하기 위한 목적으로 촬영될 것이다.

가시광선 사진과 근적외선 사진을 합성해서 만들어진 이 사진은 허블 WFC3에 의해 촬영된 것이다.

 

 

허블 프론티어 필드(the Frontier Field) - 보이지 않던 수천개의 은하들을 촬영하다.

 

프론티어 필드(The Frontier Fields)라 불리는 야심찬 협력 프로그램에서 유례없이 깊은 우주를 바라본 첫번째 관측자료가 오늘 워싱턴 D.C.에서 열린 미국 천문학회 223차 회의에서 발표되었다.
허블우주망원경으로 오랜 노출을 이용해 촬영된 이 사진은 은하단을 촬영한 사진으로는 가장 깊은 노출로 촬영된 사진이며 여기에는 지금까지 탐지된 은하 중 가장 희미하고 어린 은하들의 모습도 포함되어 있다.
이번 관측대상 천체는 무거운 질량을 가진 Abell 2744 은하단으로서 이 은하단에는 수백 개의 은하들이 포함되어 있으며 35억광년 거리에 위치하고 있다.

 

전면에 위치한 은하단의 어마어마한 중력은 공간을 구부려 훨씬 멀리 떨어진 배경 은하의 모습을 더 밝게 확대하여 보여주는 '중력렌즈'로서 활용되었는데 이 은하들은 120억 광년 거리의 은하들로서 빅뱅이후 얼마지나지 않은 시점에 존재하는 은하들이다.

 

우주망원경과학연구소의 소장 맷 마운틴(Matt Mountain)의 설명은 다음과 같다.
"프론티어 필드는 우리가 허블 우주망원경의 정교한 기능과 아인슈타인의 일반상대성 이론을 이용하여 첫 세대의 은하를 관측할 수 있는가를 시도해 보는 실험입니다. 우리는 다른 훌륭한 망원경들과 협업하는 야심찬 협력 프로그램을 가동시켰고, 은하단을 이용하여 우주의 역사에서 첫 10억년에 해당하는 기간을 탐사해 냈습니다."

 

이 지역을 일관되게 관측하는데는 NASA의 또다른 우주망원경인 스피처 우주망원경과 찬드라 X선 망원경이 함께 참여하였다.
이를 통해 취득된 다파장의 관측 데이터를 조합하여 은하의 기원 및 진화 그리고 블랙홀이 형성되는 과정에 대한 새로운 통찰이 획득되기를 기대하고 있다.

 

허블관측을 통해 뒷쪽으로 거의 3천여 개에 달하는 은하들이 관측되었으며 중력렌즈로서 사용된 은하단에 포함된 수백여 개의 은하들이 함께 관측되었다.

뒷쪽에 존재하는 은하들은 중력렌즈의 도움이 없었다면 일체 관측되지 못했을 것이다. 
이 은하들은 밝게 나타났을 뿐만 아니라 사진 전반에 걸쳐 쭉 늘어나거나 중복되어 나타난다. 

 

중력렌즈 현상에 감사를!

 

배경에 존재하는 은하들은 원래 보였을 크기보다 최소 10배에서 20배까지 확대되어 나타났다.
게다가 이렇게 확대된 천체들은 이전에 관측된 다른 은하들보다 10배에서 20배까지 더 희미한 고유 밝기를 가진 가장 희미한 천체들이었다.

 

허블의 관측 데이터는 전세계 천문학회에서 바로 사용이 가능하며 천문학자들은 시각적으로 배경의 은하들과 은하단의 은하들이 뒤죽박죽 섞여 있는 이 자료를 세부적으로 연구함으로써 은하의 발전단계에 대해 더 나은 이해를 얻을 수 있게될 것이다.

 

비록 앞쪽에 위치한 Abell 2744 은하단은 우주에서 가장 무거운 은하단 중 하나로서 강도높게 연구되어 왔지만, 프론티어 필드의 관측 데이터는 이 은하단을 구성하고 있는 은하들에 대한 세부 모습을 새롭게 보여주고 있다.

 

허블의 관측 데이터에는 우리 은하 질량의 1000분의 1에 달하는 작은 왜소은하까지 담겨 있다.

 

크기 측면에서 반대편으로 가보면 허블의 관측 데이터는 은하단 중심에 몇몇 거대한 은하들의 빛까지 잡아냈는데 이들의 질량은 우리 은하 질량의 100배에 달하는 은하들이다.

이 데이터에는 또한 은하 중간중간에 있는 별들로부터 오는 빛도 잡아냈는데 이들은 중력 조석작용에 의해 은하로부터 밀려나온 별들이다.

 

또한 이 데이터는 천문학자들로 하여금 뒤에서 오는 빛의 굴절 효과를 도표화함으로써 은하단 내의 암흑물질 지도를 전례없이 세부적으로 그려낼 수 있게 해줄 것이다.
눈에 보이지 않는 물질인 이 암흑물질은 은하단 질량의 대부분을 차지하고 있는 물질이다.

 

허블의 WFC3가 이 성단을 촬영할 때, 허블의 또다른 관측기구인 ACS는 이 은하단으로부터 6분각정도 떨어져 이는 근처의 또다른 필드를 조준하였다.
이 부분에서 허블은 대략 1만여개의 은하들을 가시광선으로 관측하였는데 이들 대부분은 불규칙적으로 배열되어 있었다.

 

 

Credit: NASA, ESA, and J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer, and the HFF Team (STScI)

사진2> 허블 프론티어 필드 Abell 2744의 병렬지역 사진

 

 

Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

사진3> 허블 프론티어 필드 Abell 2744와 ACS를 통해 촬영된 병렬관측 지역

 

 

푸른색으로 보이는 은하들은 별들을 만들어내고 은하들로서 80억광년 거리의 은하들이며 드문드문 보이는 거대한 붉은 색의 은하들은 Abell 2744의 외곽부에 존재하고 있는 은하들이다.

 

허블 우주망원경은 이 지역을 2014년 5월 다시 바라보게 될 예정인데 이 때는 가시광선과 적외선 카메라를 서로 바꿔 관측을 하게 될 예정이다.
이러한 관측은 이들 두 지역을 자외선부터 근적외선까지 광범위한 대역의 색체로 바라볼 수 있게 해 줄 것이다.

 

허블에 장착된 이들 새로운 카메라들을 이용하여 허블 우주망원경은 지속적으로 깊은 촬영을 통해 우주관측의 새로운 경지를 개척해왔다.
보다 더 깊은 우주의 관측이 계속될지 여부와 상관없이 보다 나은 측정치를 획득하는 것은 과학적으로 반드시 수행되어야 될 일이며 시급한 일로서
우주망원경과학 연구소는 "허블 딥 필드 기획" 작업 그룹을 공인한바 있다.허블 프론티어 필드 기획은 앞으로 중요한, 미래안목적인 과학을 고려했을때 허블이 무엇을 해야 하는지에 관하여 우주망원경 과학연구소의 고위층이 토론한 결과 발전된 방안이다.

 

그동안 수행되어온 몇몇 깊은 우주 관측 프로그램들에도 불구하고 천문학자들은 원거리 우주에 대해 여전히 알아야 할 것들이 많다는 것을 알고 있다.
이러한 지식들은 다가오는 제임스 웹 우주망원경의 관측 전략을 수립하는데도 도움을 줄 수 있을 것이다.
천문학자들은 또한 스피처 우주망원경이나 찬드라 X선 망원경 그리고 ALMA와 같은 다른 관측기구들과의 시너지 효과도 고려하고 있다.

 

앞으로 다섯쌍 이상의 필드들이 추가로 탐사될 에정이다.
다음 계획은 무거운 은하단인 MACS J0416.1-2403 으로 예정되어 있으며 관측은 이번주 시작될 예정이다.

 

 

Credit: NASA, ESA, and F. Summers, B. Lawton, M. Lussier, G. Bacon, and D. Coe (STScI) Music: "The Moments of Our Mornings" (K. Engel) / CC BY-NC 3.0

동영상> 허블 프론티어 필드 프로젝트 개요

 

* 출처 : 허블사이트 2014년 1월 7일 발표 뉴스
            http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2014/01
           

참고> 허블 울트라 딥필드(HUDF, Hubble Ultra Deep Field)
          https://big-crunch.tistory.com/8321764
          https://big-crunch.tistory.com/12345599
          https://big-crunch.tistory.com/12345913
 
         허블 익스트림 딥 필드(the eXtreme Deep Field, XDF)
          https://big-crunch.tistory.com/12346256
          https://big-crunch.tistory.com/12346281 
       
         허블 프론티어 필드(Hubble Frontier Fields)
          https://big-crunch.tistory.com/12346870

 

 

원문>

News Release Number: STScI-2014-01

Hubble's First Frontier Field Finds Thousands of Unseen, Faraway Galaxies

The first of a set of unprecedented, super-deep views of the universe from an ambitious collaborative program called The Frontier Fields is being released today at the 223rd meeting of the American Astronomical Society in Washington, D.C.

The long-exposure image taken with NASA's Hubble Space Telescope is the deepest-ever picture taken of a cluster of galaxies, and also contains images of some of the intrinsically faintest and youngest galaxies ever detected.

The target is the massive cluster Abell 2744, which contains several hundred galaxies as they looked 3.5 billion years ago. The immense gravity in this foreground cluster is being used as a "gravitational lens," which warps space to brighten and magnify images of far-more-distant background galaxies as they looked over 12 billion years ago, not long after the big bang.

"The Frontier Fields is an experiment; can we use Hubble's exquisite image quality and Einstein's theory of General Relativity to search for the first galaxies?" said Space Telescope Science Institute Director Matt Mountain. "With the other Great Observatories, we are undertaking an ambitious joint program to use galaxy clusters to explore the first billion years of the universe's history."

Simultaneous observations of this field are being done with NASA's two other Great Observatories, the Spitzer Space Telescope and the Chandra X-ray Observatory. The assembly of all this multispectral information is expected to provide new insights into the origin and evolution of galaxies and their accompanying black holes.

The Hubble exposure reveals nearly 3,000 of these background galaxies interleaved with images of hundreds of foreground galaxies in the cluster. The many background galaxies would otherwise be invisible without the boost from gravitational lensing. Their images not only appear brighter, but also smeared, stretched, and duplicated across the field.

Thanks to the gravitational lensing phenomenon, the background galaxies are magnified to appear up to 10 to 20 times larger than they would normally appear. What's more, the faintest of these highly magnified objects have intrinsic brightnesses roughly 10 to 20 times fainter than any galaxies ever previously observed.

The Hubble data are immediately being made available to the worldwide astronomy community where teams of researchers will do a detailed study of the visual crazy quilt of intermingled background and cluster galaxies to better understand the stages of galaxy development.

Though the foreground cluster Abell 2744 has been intensively studied as one of the most massive clusters in the universe, the Frontier Fields exposure reveals new details of the cluster population. Hubble sees dwarf galaxies in the cluster as small as 1/1,000th the mass of the Milky Way. At the other end of the size spectrum, Hubble detects the extended light from several monster central cluster galaxies that are as much as 100 times more massive than our Milky Way. Also visible is faint intra-cluster light from stars inside the cluster that have been stripped out of galaxies by gravitational interactions. These new deep images will also help astronomers map out the dark matter in the cluster with unprecedented detail, by charting its distorting effects on background light. An unseen form of matter, dark matter makes up the bulk of the mass of the cluster.

As the Abell cluster was being photographed with Hubble's Wide Field Camera 3, the telescope's Advanced Camera for Surveys was trained on a nearby parallel field that is 6 arc minutes away from the cluster. In this field, Hubble resolves roughly 10,000 galaxies seen in visible light, most of which are randomly scattered galaxies. The blue galaxies are distant star-forming galaxies seen from up to 8 billion years ago; the handful of larger, red galaxies are in the outskirts of the Abell 2744 cluster.

Hubble will again view these two Frontier Fields in May 2014, but Hubble's visible-light and infrared camera will switch targets. This will allow for both fields to be observed over a full range of colors, from ultraviolet light to near-infrared.

With each new camera installed on Hubble, the space telescope has been used to make successively deeper, groundbreaking views of the universe. To get a better assessment of whether doing more deep field observations was scientifically compelling or urgent, the Space Telescope Science Institute or STScI in Baltimore, Md., chartered a "Hubble Deep Field Initiative" working group. The Hubble Frontier Fields initiative grew out of the working group's high-level discussions at STScI concerning what important, forward-looking science Hubble should be doing in upcoming years. Despite several deep field surveys, astronomers realized that a lot was still to be learned about the far universe. Such knowledge would help in planning the observing strategy for the upcoming James Webb Space Telescope.

The astronomers also considered synergies with other observatories, such as Spitzer, Chandra, and the new Atacama Large Millimeter/submillimeter Array or ALMA. Over the coming years five more pairs of fields will be imaged. The next scheduled target is the massive cluster MACS J0416.1-2403, for which observations are starting this week.

CONTACT

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