2015. 3. 1. 02:06ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
사진 1> 이 사진의 배경을 이루는 사진은 허블우주망원경이 촬영한 '남반구 허블 딥필드(the Hubble Deep Field South, 이하 HDF-S)'의 사진이다.
ESO 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)에 장착되어 있는 MUSE(광시야분광관측기, Multi Unit Spectroscopic Explorer)를 이용하여 이 사진에서조차 나타나지 않던 멀리 떨어진 은하를 발견해냈다.
이 사진에는 그 중 2개의 예가 표시되어 있다.
이 은하들은 허블 사진에서는 완전히 보이지 않던 천체였지만 3차원 MUSE 데이터의 특정 부분에서 그 모습을 강력하게 드러냈다.
MUSE가 허블우주망원경을 뛰어넘다 - 3D로 우주를 깊숙히 바라보기
천문학자들이 ESO VLT에 탑재된 MUSE 장비를 이용하여 깊은 우주에 대한 최상의 3차원 사진을 만들어냈다.
HDF-S를 27시간동안 관측한 후, 동일한 지점을 바라본 그 어느 관측에서보다 훨씬 멀리 떨어진 은하들의 거리와 움직임 및 각종 속성들이 그 정체를 드러냈다.
이번 관측은 허블의 한계를 넘어서는 것으로써 이전에는 볼 수 없었던 은하들의 모습을 보여주었다.
천문학자들은 하늘의 특정 지점을 오랜동안의 노출을 이용하여 촬영함으로써 초기 우주의 비밀을 드러내는 여러 개의 깊은 우주 사진들을 만들어왔다.
이러한 작업들 중 가장 유명한 결과물이 1995년 후반, 며칠에 걸쳐 허블우주망원경이 촬영한 이른바 '허블 딥 필드(Hubble Deep Field)'이다.
이 위대한 하나의 상징이 된 사진은 우주가 탄생한지 얼마되지 않았던 시절의 천체들에 대한 우리의 이해를 빠르게 변화시켰다.
그로부터 2년 후 남반구의 하늘에서 이와 비슷한 사진을 촬영하였으며 이것은 '남반구 허블 딥 필드(the Hubble Deep Field South)'라고 불린다.
사진2> 이 사진은 허블 우주망원경이 가시광선과 적외선으로 가장 깊은 우주를 촬영한 사진들 중 하나이다.
남반구 큰부리새 자리의 아주 작은 영역을 촬영한 이 사진은 '남반구 허블 딥 필드(the Hubble Deep Field South)'라고 부른다.
이 사진은 1998년 허블 우주망원경에 장착된 WFPC2에 의해 촬영되었다.
사진에 담긴 은하들의 빛은 STIS(우주분광촬영 망원경, the Space Telescope Imaging Spectrograph) 에 의해 재차 분석되었다.
그러나 이 사진들이 모든 비밀의 답을 말해주는 것은 아니었다.
깊은 우주에 담긴 은하들에 대해 더 많은 것을 알기 위해 천문학자들은 또다른 장비들을 이용하여 어렵고 지난한 시간이 소비되는 작업들을 통해 각각의 은하들을 주의깊게 연구해왔다.
그런데 지금, MUSE를 사용하여 이 작업들을 단 한 번에, 그것도 훨씬 빠르게 진행할 수 있게 되었다.
2014년 MUSE가 VLT에 장착되고나서 처음 진행된 관측의 하나는 HDF-S를 오랫동안 관측하는 것이었다.
그리고 그 결과는 기대를 뛰어넘는 것이었다.
MUSE 수석연구원이자 시운전 팀의 리더인 프랑스 천체물리연구센터(Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, France, CNRS) 롤란드 베이컨(Roland Bacon)의 설명은 다음과 같다.
"고작 몇 시간동안의 관측이 진행된 후 우리는 빠르게 관측 데이터를 살펴봤고, 거기서 여러 개의 은하들을 발견했었습니다. 이건 아주 고무적인 일이었죠.
그리고 나서 유럽으로 돌아온 후 관측 데이터를 좀더 면밀히 살펴보기 시작했습니다.
그것은 깊은 바닷속의 물고기를 낚는 것과 같은 일이었고, 발견된 하나하나의 은하들은 다양한 종류와 여러 세대에 걸친, 흥미로우면서도 많은 토론거리를 던져주는 은하들이었죠."
MUSE가 관측한 HDF-S 의 모든 부분들은 단순히 사진상의 픽셀일 분만 아니라 서로 다른 성분들로부터 방출되는 빛의 강도를 드러내주는 스펙트럼이기도 했으며 관측 데이터에서 추출된 총 스펙트럼은 9만개에 달했다[1].
이 스펙트럼 자료는 멀리 떨어진 수백여개 은하들의 거리와 조성, 내부운동의 양상을 밝힐 수 있는 데이터였을 뿐만 아니라 우리 은하 내의 대단히 희미한 별들 몇 개도 잡아내는 데이터였다.
전체 노출 시간은 허블우주망원경이 딥필드를 촬영했던 시간보다 훨씬 짧았음에도 불구하고 MUSE의 데이터는 허블우주망원경이 전혀 포착해내지 못했던 좁은 구역상의 대단히 희미한 천체를 20개 이상 잡아냈다[2].
사진 3> 이 사진에는 MUSE 에 의하여 그 거리가 측정된 천체들이 특정 색깔로 표시되어 있다.
우선 하얀색 별 표시는 해당 천체가 미리내에 속한 희미한 별임을 의미한다.
나머지는 모두 멀리 떨어져 있는 은하이다.
원이 담겨 있는 특정 천체들은 허블 데이터에서도 보이던 천체들이다.
삼각형으로 표시된 25개의 천체는 허블 데이터에서는 볼 수 없었던, MUSE 데이터에서 새로 발견된 천체들이다.
파란색으로 표시된 천체들은 상대적으로 가까운 거리에 위치한 은하들이다.
초록색과 노란색은 이보다는 멀리 떨어져 있는 은하들이며, 보라색과 분홍색의 은하들은 우주의 나이가 10억년도 채 안되던 시절의 은하들이다.
MUSE가 거리를 측정해낸 은하들의 숫자는 이전 동일 지역에 대한 관측을 통해 거리를 측정해낸 은하 수의 10배를 상회한다.
롤란드 베이컨의 소감은 다음과 같다.
"허블우주망원경이 가장 깊게 바라본 관측 데이터에서조차 드러나지 않던, 매우 멀리 떨어진 은하를 발견했을 때, 우리는 정말 흥분하지 않을 수 없었죠.
MUSE를 제작하는데 여러 해 동안 어려운 일들이 겪어왔습니다. 하지만 이러한 일들은 꿈이 실현되는 것을 목격하는 엄청난 경험을 저에게 선사해주었죠."
MUSE의 관측 데이터 상에 나타나는 모든 스펙트럼을 주의깊게 관측한 결과 연구팀은 189개 은하의 거리를 측정해냈다.
그 거리 범주는 상대적으로 가까운 거리부터 우주가 탄생한지 10억년이 채 되지 않은 시점까지 다양하게 존재하고 있었다.
이러한 거리 측정이 가능했던 은하의 수는 동일 지역을 관측한 이전의 연구 데이터를 기반으로 거리를 측정해낸 은하의 수보다 10배 이상에 달하는 성과이다.
가까운 은하일수록 MUSE는 동일 은하의 서로 다른 부분이 품고 있는 서로 다른 속성들을 보다 심도있게 관측할 수 있다.
이러한 내용은 은하가 어떻게 자전하며, 위치하고 있는 지점에 따라 얼마나 다양한 속성들을 가지는지를 밝혀 줄 수 있는 자료이다.
즉 MUSE를 통한 관측은 전 우주의 시간대에 걸쳐 은하가 어떻게 진화하는지를 이해할 수 있는 최상의 방법인 것이다.
롤란드 베이컨의 결론은 다음과 같다.
"MUSE는 깊은 우주를 탐사해 내는 독보적인 능력을 가지고 있음을 보여주었고, 우리는 허블 울트라 딥 필드와 같은 또다른 깊은 우주를 들여다 볼 생각입니다.
우리는 수천 개의 은하들을 연구할 수 있게 될 것이고, 극도로 희미하고 멀리 떨어져 있는 은하들도 발견하게 될 것입니다.
100억년도 훨씬 전에 존재했던 이들 갓 태어난 작은 은하들이 점점 몸집을 키워 결국 오늘날 우리가 보고 있는 미리내와 같은 은하들이 된 것입니다."
표1> 이 표는 큰부리새자리의 '남반구 허블 딥필드(HDF-S)'가 촬영된 지역을 보여주고 있다.
도표 상에 표시된 별들은 청명하고 어두운 밤하늘이라면 모두 육안으로 관측이 가능한 별들이다.
이 지역에서 가장 유명한 천체는 소마젤란 성운이지만 HDF-S에 담겨 있는 은하들은 소마젤란 성운보다 수십만배 멀리 떨어져 있으며 수십억 배 희미한 은하들이다.
각주
[1] 각 스펙트럼이 표현하고 있는 파장은 파란색부터 근적외선에 이르는 파장(475~930 나노미터)이다.
[2] MUSE는 특히 대부분의 에너지를 특정 파장에서 복사하는 천체에 민감하다. 이들은 데이터 상에서 밝은 점처럼 보인다.
초기 우주의 은하들은 갓태어난 뜨겁고 어린 별에서 복사되는 자외선과 그 아래 수소 가스에서 복사되는 파장, 이렇게 대부분의 에너지를 특정 파장에서만 복사해내는, 전형적으로 MUSE가 민감하게 인식할 수 있는 패턴에 해당하는 스펙트럼을 갖는다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release 2015년 2월 26일자
http://www.eso.org/public/news/eso1507/
참고 : MUSE의 설치 및 시운전 관측에 대한 상세한 내용은 아래 링크를 참고하세요.
https://big-crunch.tistory.com/12347147
참고 : 각종 딥필드 관측에 대한 내용은 아래 링크를 참고하세요.
- 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 울트라 딥필드 2014(HUDF 2014, Hubble Ultra Deep Field 2014)
https://big-crunch.tistory.com/12347259
https://big-crunch.tistory.com/12347274
- 허블 울트라 딥필드의 올챙이 은하(Tadpole Galaxy)들
https://big-crunch.tistory.com/9261467
- 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
https://big-crunch.tistory.com/12347024
참고: 심우주 탐사 등 각종 우주탐사에 대한 내용은 아래 링크를 통해 확인할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346979
원문>
eso1507 — Science Release
Looking Deeply into the Universe in 3D
MUSE goes beyond Hubble
26 February 2015
The MUSE instrument on ESO’s Very Large Telescope has given astronomers the best ever three-dimensional view of the deep Universe. After staring at the Hubble Deep Field South region for only 27 hours, the new observations reveal the distances, motions and other properties of far more galaxies than ever before in this tiny piece of the sky. They also go beyond Hubble and reveal previously invisible objects.
By taking very long exposure pictures of regions of the sky, astronomers have created many deep fields that have revealed much about the early Universe. The most famous of these was the original Hubble Deep Field, taken by the NASA/ESA Hubble Space Telescope over several days in late 1995. This spectacular and iconic picture rapidly transformed our understanding of the content of the Universe when it was young. It was followed two years later by a similar view in the southern sky — the Hubble Deep Field South.
But these images did not hold all the answers — to find out more about the galaxies in the deep field images, astronomers had to carefully look at each one with other instruments, a difficult and time-consuming job. But now, for the first time, the new MUSE instrument can do both jobs at once — and far more quickly.
One of the first observations using MUSE after it was commissioned on the VLT in 2014 was a long hard look at the Hubble Deep Field South (HDF-S). The results exceeded expectations.
“After just a few hours of observations at the telescope, we had a quick look at the data and found many galaxies — it was very encouraging. And when we got back to Europe we started exploring the data in more detail. It was like fishing in deep water and each new catch generated a lot of excitement and discussion of the species we were finding,” explained Roland Bacon (Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, France, CNRS) principal investigator of the MUSE instrument and leader of the commissioning team.
For every part of the MUSE view of HDF-S there is not just a pixel in an image, but also a spectrum revealing the intensity of the light’s different component colours at that point — about 90 000 spectra in total [1]. These can reveal the distance, composition and internal motions of hundreds of distant galaxies — as well as catching a small number of very faint stars in the Milky Way.
Even though the total exposure time was much shorter than for the Hubble images, the HDF-S MUSE data revealed more than twenty very faint objects in this small patch of the sky that Hubble did not record at all [2].
“The greatest excitement came when we found very distant galaxies that were not even visible in the deepest Hubble image. After so many years of hard work on the instrument, it was a powerful experience for me to see our dreams becoming reality,” adds Roland Bacon.
By looking carefully at all the spectra in the MUSE observations of the HDF-S, the team measured the distances to 189 galaxies. They ranged from some that were relatively close, right out to some that were seen when the Universe was less than one billion years old. This is more than ten times the number of measurements of distance than had existed before for this area of sky.
For the closer galaxies, MUSE can do far more and look at the different properties of different parts of the same galaxy. This reveals how the galaxy is rotating and how other properties vary from place to place. This is a powerful way of understanding how galaxies evolve through cosmic time.
“Now that we have demonstrated MUSE’s unique capabilities for exploring the deep Universe, we are going to look at other deep fields, such as the Hubble Ultra Deep field. We will be able to study thousands of galaxies and to discover new extremely faint and distant galaxies. These small infant galaxies, seen as they were more than 10 billion years in the past, gradually grew up to become galaxies like the Milky Way that we see today,” concludes Roland Bacon.
Notes
[1] Each spectrum covers a range of wavelengths from the blue part of the spectrum into the near-infrared (475‒930 nanometres).
[2] MUSE is particularly sensitive to objects that emit most of their energy at a few particular wavelengths as these show up as bright spots in the data. Galaxies in the early Universe typically have such spectra, as they contain hydrogen gas glowing under the ultraviolet radiation from hot young stars.
More information
This research was presented in a paper entitled “The MUSE 3D view of the Hubble Deep Field South” by R. Bacon et al., to appear in the journal Astronomy & Astrophysics on 26 February 2015.
The team is composed of R. Bacon (Observatoire de Lyon, CNRS, Université Lyon, Saint Genis Laval, France [Lyon]), J. Brinchmann (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, The Netherlands [Leiden]), J. Richard (Lyon), T. Contini (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, CNRS, Toulouse, France; Université de Toulouse, France [IRAP]), A. Drake (Lyon), M. Franx (Leiden), S. Tacchella (ETH Zurich, Institute of Astronomy, Zurich, Switzerland [ETH]), J. Vernet (ESO, Garching, Germany), L. Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Germany [AIP]), J. Blaizot (Lyon), N. Bouché (IRAP), R. Bouwens (Leiden), S. Cantalupo (ETH), C.M. Carollo (ETH), D. Carton (Leiden), J. Caruana (AIP), B. Clément (Lyon), S. Dreizler (Institut für Astrophysik, Universität Göttingen, Göttingen, Germany [AIG]), B. Epinat (IRAP; Aix Marseille Université, CNRS, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, France), B. Guiderdoni (Lyon), C. Herenz (AIP), T.-O. Husser (AIG), S. Kamann (AIG), J. Kerutt (AIP), W. Kollatschny (AIG), D. Krajnovic (AIP), S. Lilly (ETH), T. Martinsson (Leiden), L. Michel-Dansac (Lyon), V. Patricio (Lyon), J. Schaye (Leiden), M. Shirazi (ETH), K. Soto (ETH), G. Soucail (IRAP), M. Steinmetz (AIP), T. Urrutia (AIP), P. Weilbacher (AIP) and T. de Zeeuw (ESO, Garching, Germany; Leiden).
ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is a major partner in ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre European Extremely Large Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.
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Roland Bacon
CRAL - Centre de recherche astrophysique de Lyon
Saint-Genis-Laval, France
Tel: +33 478 86 85 59
Cell: +33 608 09 14 27
Email: roland.bacon@univ-lyon1.fr
Richard Hook
ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
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