은하단의 형성에 대한 잃어버린 단서를 발견하다.

Copyright ESA and the Planck Collaboration/ H. Dole, D. Guery & G. Hurier, IAS/University Paris-Sud/CNRS/CNES

 

사진1> 이 사진은 플랑크위성이 서브밀리미터 파장(545 GHz)으로 기록한 하늘 전체의 지도이다.

중앙을 가로지르고 있는 것은 미리내의 먼지가 나타난 것이다.

사진의 검은 점들이 플랑크우주망원경과 허셜우주망원경의 후속 관측을 통해 식별해낸 원시 은하단의 후보천체들이 위치하는 지역이다.

네모 박스의 사진들은 허셜우주망원경의 SPIRE (스펙트럼과 광도 영상 수신기, Spectral and Photometric Imaging Receiver)를 통해 관측한 이 후보군 천체들로서 빽빽하게 몰려있는 은하들의 윤곽을 보여주고 있다.

 

 

허셜과 플랑크 우주망원경이 은하단 형성에 대한 잃어버린 단서를 발견하다.

 

ESA의 허셜우주망원경과 플랑크우주망원경을 이용한 먼거리 우주에 대한 관측 자료를 결합하여 오늘날 우리 눈에 보이는 방대한 은하단의 이전 모습이 어땠을지를 보여주는 천체들을 발견했다.

 

미리내처럼 1천억개에 달하는 별들을 품고 있는 은하들은 일반적으로 고립된 상태로 존재하는 것이 아니다.

빅뱅이후 138억년이 지난 오늘날의 우주에서는 10여개의 은하, 100여개의 은하, 심지어는 1천여개의 은하들이 빽빽하게 몰려 있는 천체들이 많다.

 

그러나 이러한 은하단들이 언제나 존재해왔던 것은 아니다.
현대 우주론의 핵심적인 질문은 이처럼 무거운 천체들이 어떻게 초기 우주에서 조합되어왔는지에 대한 것이다.

 

언제 그리고 어떻게 이들이 형성되었는지에 관심은 이들 우주적인 대도시들이 형성되는데 암흑물질이 수행한 역할이 무엇인지를 포함하여, 은하단의 진화 과정에 대한 통찰을 제공해줄 것이다.

 

그리고 바로 지금, 허셜우주망원경과 플랑크우주망원경의 장점을 결합시켜 천문학자들이 우주의 나이가 고작 30억년밖에 되지 않았던 시절, 따라서 오늘날 우리 눈에 보이는 은하단들의 어린 모습이 있었을 당시의 머나먼 우주에서 목표 천체를 발견해냈다.
 
플랑크우주망원경의 주요 목표는 빅뱅으로 남겨진 복사의 화성인 우주배경복사에 대한 가장 정확한 지도를 만들어내는데 있었다.

 

 

 

 

Copyright ESA

 

표1> 거의 140억년에 달하는 우주의 역사에 대한 간략한 정보를 담은 이 표는 우주배경복사에 기여한 특별한 사건들을 보여주고 있다.

상단에는 거시적 관점에 바라본 우주의 진화가 묘사되어 있다.

인플레이션의 상황은 우주의 나이가 1초도 되지 않은 아주 작은 조각일 때 가속팽창을 발생시킨 짧은 기간이다.

그리고 우주의 나이가 38만년일 때 우주의 전역에 새겨진 우주의 가장 오래된 빛인 우주배경복사가 방출되었다.

그리고 암흑의 시대로부터 최초의 별과 은하들이 탄생하던 시절은 우주의 재이온화시기로서 당시 우주의 나이는 수억년 정도였으며 이로부터 현대까지 이르고 있다.

인플레이션이 발생하는 동안 야기된 양자요동이 오늘날의 별이나 은하들과 같은 천체들의 씨앗이 되었다.

인플레이션이 끝난 후 암흑물질입자들이 이 우주의 씨앗을 감싸기 시작하면서 서서히 우주의 거미줄 구조 구축이 진행되었다.

나중에 우주배경폭사의 방출이 끝난 후 일반 물질들이 이 구조에 쌓이기 시작하면서 결국 별들과 은하들의 탄생이 가능하게 되었다.

하단에는 우주의 역사가 미시적 과정에서 진행된 과정을 묘사하하고 있다. 
인플레이션이 발생하는 동안 야기된 미세한 요동으로부터 초기 우주까지는 빛과 입자들이 고밀도의 죽처럼 엉켜있다.
빛에서 전자들이 빠져나가는 최후의 산란으로부터 우주배경복사와 편광이 진행되면서 우주의 재이온화로 이어진다.
그리고 첫세대의 별과 은하들에 의해 배경복사에 추가적인 편광이 일어났다.

 

이를 위해서, 그리고 그 와중에 들어오는 미리내나 또다른 천체의 복사는 제거하기 위해 플랑크우주망원경은 원적외선부터 라디오파에 이르기까지 9개의 서로다른 파장을 이용하여 모든 하늘을 관측하였으다. 
 
그러나 제거 대상이었던 앞쪽의 천체들은 또다른 연구분야의 천문학에 있어서는 매우 중요한 정보가 될 수 있다.
그리고 플랑크우주망원경이 짧은 파장으로 담아낸 데이터로부터 과학자들은 234개의 밝은 천체를 식별하고 이 천체들이 매우 멀리 떨어진 초기 우주의 천체들임을 암시하는 특성들을 밝혀낼 수 있었다.

 

곧이어 허셜우주망원경이 천체들을 원적외선에서부터 서브밀리미터 파장에 이르는 파장 범주를 이용하여 훨씬 높은 감도와 각분해능으로 관측해냈다.
허셜우주망원경은 플랑크우주망원경이 감지해낸 이 천체들의 상당수가 맹렬하게 새로운 별들을 만들어내며 빽빽하게 몰려 있는 은하들로 구성되어 있음을 밝혀주었다.

 

갓 태어난 이 은하들 각각은 매 해마다 태양질량의 수백배에서 많게는 1500배에 달하는 질량의 가스와 먼지들을 별로 바꾸어내고 있는 듯이 보인다.
이를 오늘날 미리내와 비교하자면 미리내의 경우 해마다 만들어내는 별의 평균 질량은 우리 태양 정도에 지나지 않는다.

 

천문학자들은 아직 이 은하들 상당수에 대해서 그 나이나 밝기등을 최종적으로 확정해내지는 못했지만 이 천체들은 오늘날 우리가 볼 수 있는 거대하고 성숙한 은하들이 몰려 있는 은하단의 시조에 해당하는 원시 은하단으로서는 최상의 후보군에 해당한다.

 

2015년 3월 31일 천문학과 천체물리학지(Astronomy & Astrophysics)에 개재된 분석을 이끈 과학자인 오르세 우주천체물리연구소의 하브 돌(Herve Dole)의 설명은 다음과 같다.
"이런 종류의 천체에 대한 단서는 허셜우주망원경이나 다른 망원경들이 수집한 이전의 데이터에서도 발견된 바 있습니다만, 하늘 전체를 훑은 플랑크우주망원경은 우리에게 훨씬 더 많은 후보군 천체들을 드러내주었습니다.
우리는 여전히 이 새로운 천체들에 대해 배워야 할 것이 많으며 또다른 망원경들을 활용한 더 많은 후속 연구를 필요로 하고 있습니다.
그러나 우리는 이 천체들이 우주의 구조가 형성되는 과정에서 잃어버린 한 조각임에는 틀림이 없다고 생각하고 있습니다."

 

이제 막 학회에 배포된 높은 적색편이 후보 천체군을 담은 플랑크 목록을 제작한 수석 연구원이자 천체물리 및 행성연구소의 프랑스국립과학 연구센터 연구원인 루도빅 몽티에르(Ludovic Montier)의 소감은 다음과 같다.
"우리는 지금 플랑크우주망원경이 감지한 원시 은하단일 가능성이 있는 천체들로 플랑크 목록을 확장할 준비를 하고 있습니다.
이 목록은 훨씬 더 많은 이와 같은 천체들을 식별하는데 분명 도움이 될 것입니다."
 
ESA 허셜 프로젝트 과학자인 고란 필브라트(Goran Pilbratt)의 소감은 다음과 같다.

"이 흥미로운 결과는 허셜과 플랑크의 협력이 만들어낸 시너지 효과 덕분에 가능했던 일입니다.
희귀한 천체들은 모든 하늘을 훑어낸 플랑크우주망원경의 데이터에서 식별해 낼 수 있죠.

그러면 허셜우주망원경이 훨씬 세밀하고 자세하게 이들을 조사할 수 있습니다.
이 두 개 우주망원경은 모두 2013년 자신의 과학탐사 임무를 종료했습니다만, 지금까지 수집한 어마어마한 데이터들은 앞으로 우주에 대한 새로운 통찰을 만들어내는데 유용하게 활용될 것입니다."

출처 : ESA SPACE SIENCE          http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Herschel_and_Planck_find_missing_clue_to_galaxy_cluster_formation
     

참고 : 우주의 진화 및 우주론에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해  조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346979
         
참고 : 다양한 은하에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
       - 은하 일반 : https://big-crunch.tistory.com/12346976
       - 은하단 및 은하그룹 : https://big-crunch.tistory.com/12346978
       - 은하 충돌 : https://big-crunch.tistory.com/12346977

 

원문>

Herschel and Planck find missing clue to galaxy cluster formation

31 March 2015

By combining observations of the distant Universe made with ESA’s Herschel and Planck space observatories, cosmologists have discovered what could be the precursors of the vast clusters of galaxies that we see today.

Galaxies like our Milky Way with its 100 billion stars are usually not found in isolation. In the Universe today, 13.8 billion years after the Big Bang, many are in dense clusters of tens, hundreds or even thousands of galaxies.

However, these clusters have not always existed, and a key question in modern cosmology is how such massive structures assembled in the early Universe.

Pinpointing when and how they formed should provide insight into the process of galaxy cluster evolution, including the role played by dark matter in shaping these cosmic metropolises.

Now, using the combined strengths of Herschel and Planck, astronomers have found objects in the distant Universe, seen at a time when it was only three billion years old, which could be precursors of the clusters seen around us today.  

Planck’s main goal was to provide the most precise map of the relic radiation of the Big Bang, the cosmic microwave background. To do so, it surveyed the entire sky in nine different wavelengths from the far-infrared to radio, in order to eliminate foreground emission from our galaxy and others in the Universe.

But those foreground sources can be important in other fields of astronomy, and it was in Planck’s short wavelength data that scientists were able to identify 234 bright sources with characteristics that suggested they were located in the distant, early Universe.

Herschel then observed these objects across the far-infrared to submillimetre wavelength range, but with much higher sensitivity and angular resolution.

Herschel revealed that the vast majority of the Planck-detected sources are consistent with dense concentrations of galaxies in the early Universe, vigorously forming new stars.

Each of these young galaxies is seen to be converting gas and dust into stars at a rate of a few hundred to 1500 times the mass of our Sun per year. By comparison, our own Milky Way galaxy today is producing stars at an average rate of just one solar mass per year.

While the astronomers have not yet conclusively established the ages and luminosities of many of these newly discovered distant galaxy concentrations, they are the best candidates yet found for ‘proto-clusters’ – precursors of the large, mature galaxy clusters we see in the Universe today.

“Hints of these kinds of objects had been found earlier in data from Herschel and other telescopes, but the all-sky capability of Planck revealed many more candidates for us to study,” says Hervé Dole of the Institut d’Astrophysique Spatiale, Orsay, lead scientist of the analysis published today in Astronomy & Astrophysics.

“We still have a lot to learn about this new population, requiring further follow-up studies with other observatories. But we believe that they are a missing piece of cosmological structure formation.”

“We are now preparing an extended catalogue of possible proto-clusters detected by Planck, which should help us identify even more of these objects,” adds Ludovic Montier, a CNRS researcher at the Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Toulouse, who is the lead scientist of the Planck catalogue of high-redshift source candidates, which is about to be delivered to the community.

“This exciting result was possible thanks to the synergy between Herschel and Planck: rare objects could be identified from the Planck data covering the entire sky, and then Herschel was able to scrutinise them in finer detail,” says ESA’s Herschel Project Scientist, Göran Pilbratt.

“Both space observatories completed their science observations in 2013, but their rich datasets will be exploited for plentiful new insights about the cosmos for years to come.”

Notes for Editors

“High-redshift infrared galaxy overdensity candidates and lensed sources discovered by Planck and confirmed by Herschel-SPIRE,” is authored by the Planck Collaboration.

Planck detected the sky at nine frequencies, from 30 GHz to 857 GHz. The Planck frequencies used to detect the candidate proto-clusters in this study were 857 GHz, 545 GHz and 353 GHz. The follow-up observations made by Herschel’s SPIRE instrument were at 250, 350 and 500 microns. The SPIRE 350 micron and 500 micron bands overlap with Planck’s High Frequency Instrument (HFI) at 857 GHz and 545 GHz.

The Planck Scientific Collaboration consists of all the scientists who have contributed to the development of the mission, and who participate in the scientific exploitation of the data during the proprietary period. These scientists are members of one or more of four consortia: the LFI Consortium, the HFI Consortium, the DK-Planck Consortium and ESA’s Planck Science Office. The two European-led Planck Data Processing Centres are located in Paris, France and Trieste, Italy. The LFI consortium is led by N. Mandolesi, ASI, Italy (deputy PI: M. Bersanelli, Universita’ degli Studi di Milano, Italy), and was responsible for the development and operation of LFI. The HFI consortium is led by J.L. Puget, Institut d’Astrophysique Spatiale in Orsay, France (deputy PI: F. Bouchet, Institut d’Astrophysique de Paris, France), and was responsible for the development and operation of HFI.

 

For more information, please contact:

Markus Bauer

ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer

Tel: +31 71 565 6799; +34 91 8131 199

Mob: +31 61 594 3954

Email: Markus.Bauer@esa.int

Hervé Dole
Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS & Univ. Paris-Sud) and Institut Universitaire de France Orsay, France

Tel: +33 1 69 85 85 72
Email: Herve.Dole@ias.u-psud.fr

Ludovic Montier
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (CNRS & Univ. Paul Sabatier Toulouse III), Toulouse, France
Tel: +33 5 61 55 65 51
Email: Ludovic.Montier@irap.omp.eu

Jan Tauber

ESA Planck Project Scientist

Tel: +31 71 565 5342

Email: Jan.Tauber@esa.int

Göran Pilbratt

ESA Herschel Project Scientist

Tel: +31 71 565 3621

Email: gpilbratt@cosmos.esa.int