VST KiDS Survey - 암흑물질 연구에 서광을 비추다.

 

Credit:Kilo-Degree Survey Collaboration/A. Tudorica & C. Heymans/ESO

 

사진1> ESO VLT 서베이 망원경(VLT Survey Telescope, 이하 VST)을 이용하여 남반구의 하늘을 대상으로 이루어진 대규모 암흑물질 조사의 첫번째 논문들이 발표되었다.

킬로-디그리 서베이(the Kilo-Degree Survey, 이하 KiDS)라는 이름의 이 프로젝트는 2백만 개 이상의 은하들이 담긴 VST와 거대 카메라인 오메가캠(OmegaCAM)의 사진들을 활용하였다.

KiDS 연구팀은 이 은하들로부터 복사된 빛이 지구에 도달하는 동안 거대한 질량을 가진 암흑물질 덩어리를 통과하면서 휘어진 양상을 연구하였다.

이러한 중력렌즈 효과를 이용하여 은하군에는 눈에 보이는 물질보다 대략 30배 이상의 암흑물질들이 포함되어 있음을 판명되었다.

왼쪽 사진은 KiDS에 의해 그려진 은하군의 모습이며 오른쪽은 동일한 하늘에 눈에는 보이지 않는 암흑물질의 분포를 분홍색으로 표현한 것이다.

 

 ESO VLT 서베이망원경(VLT Survey Telescope, 이하 VST)을 이용하여 남반구의 하늘을 대상으로 이루어진 대규모 암흑물질 조사의 첫번째 논문들이 발표되었다.

VST KiDS 서베이는 천문학자들로 하여금 암흑물질과 은하 헤일로의 구조, 그리고 은하와 은하단의 진화에 대해 보다 정확한 측정을 할 수 있게 해 줄 것이다.

KiDS 의 첫번째 연구 논문들은 관측된 은하의 특징이 어떻게 눈에 보이지 않는 방대한 암흑물질 덩어리를 통해 결정되는지를 보여주고 있다.

 

우주를 구성하는 물질의 약 95%는 눈에 보이지 않으며 일체 이해되고 있지 않는 물질이다. [1]

비록 이 물질은 빛을 내지도, 빛을 흡수하지도 않지만 천문학자들은 이들이 별과 은하에 미치는 영향, 특히 인력을 통해 그 존재를 유추할 수 있다.

 

ESO의 강력한 관측 망원경들을 이용한 대규모 프로젝트를 통해 이 수수께끼의 암흑물질 및 우리가 직접적으로 관측 가능한 은하간의 상호관계가 그 어느 때보다도 확실하게 규명되었다.[2]

 

KiDS로 알려져 있는 이 프로젝트는 VST와 거대 카메라인 오메가캠(OmegaCAM)을 사용하고 있다.

ESO의 파라날 천문대에 자리잡고 있는 이 망원경은 가시광선을 이용하여 밤하늘을 조사하고 있으며 VISTA 망원경이 적외선을 통해 전폭적인 관측지원을 하고 있다.

VST의 주요 목표 중 하나는 암흑물질의 지도를 만들고 이 지도를 이용하여 우리 우주를 가속 팽창시키고 있는 수수께끼의 암흑에너지를 이해하는데 있다.

암흑물질이 어디에 위치하는지를 알아내는 가장 좋은 방법은 중력렌즈 작용을 이용하는 것이다.
이 현상은 중력에 의해 뒤틀린 우주의 결로 인해 암흑 물질의 뒷편으로 훨씬 멀리 있는 은하의 빛이 굴절되는 현상이다.

이러한 효과를 연구하면 중력이 가장 강력하게 작용하는 지점을 알 수 있게 되고 따라서 이곳에서는 일반물질 뿐만 아니라 암흑물질도 몰려 있다는 것을 알게 된다.

 

이 논문들에 대한 첫번재 데이터 규명의 일환으로 네덜란드 라이든 천문대의 코엔 퀴켄(Koen Kuijken)이 이끄는 국제 KiDS 연구팀[3]은 55억 광년 거리에 위치하는 2백만개 이상의 은하에 대한 사진을 이러한 방법을 이용하여 분석하였다.[4]

연구진은 이 은하들로부터 나온 빛이 지구까지 도달하는동안 무거운 암흑물질 덩어리를 통과하면서 나타나는 빛의 뒤틀림 양상을 연구하였다.

 

첫번째 결과는 은하군들 내의 최종 관측대상 지역 중 7%에 해당하는 지역에서만 암흑물질의 집중과 분포 양상이 그려질 수 있었다.

 

미리내 은하군의 일원인 우리 은하 미리내를 포함하여 대부분의 은하들이 무리지어 존재한다는 것과 은하군에 얼마나 많은 암흑물질들이 담겨있는지에 대한 이해는 우주의 거미줄에서 어떻게 은하가 형성되는지를 규명하는 전체 이론에 있어 핵심이 되는 과제에 속한다.

중력렌즈 효과를 통해 이들 은하군에는 눈에 보이는 물질보다 대략 30배 정도 수준의 암흑물질들이 포함되어 있다는 사실이 증명되었다.

 

KiDS에서 처음으로 발표한 논문 중 한 편의 주저자인 라이든 천문대의 마시모 비올라(Massimo Viola)는 흥미롭게도 가장 밝은 은하들은 거의 대부분이 암흑물질 덩어리의 중앙에 위치하고 있었다고 말했다.

 

코언 퀴켄의 설명은 다음과 같다.
 "은하형성 이론에서 은하가 은하군 중심부에 지속적으로 잠겨들며 누적되어 쌓인다는 가설이  이번 관측 이전까지는 이처럼 명백하게 목격된 적이 없습니다."

 

이번 발견은 여러 관측 망원경들로부터 취득한 엄청난 양의 데이터를 활용하기 위한 대규모 프로그램이 이제 막 시작되면서 이뤄진 것이다.
이 데이터들은 ESO 아카이브를 통해 전세계 모든 과학자들에게 개방되어 있다.

 

KiDS 서베이는 암흑물질에 대한 우리의 이해를 보다 확장시켜 나가는데 도움을 줄 것이다.

암흑물질 자체와 그 효과를 규명한다면 이는 물리학에 있어 획기적인 사건이 될 것이다.

 

 

각주

[1] 천문학자들은 우주를 구성하는 총 질량과 에너지의 비에서 암흑에너지가 차지하는 비율은 68%, 암흑물질이 차지하는 비율은 27%, 

그리고 일반 물질이 차지하는 비율은 5%에 해당한다는 것을 알아냈다. 
따라서 95%의 물질은 눈에 보이지 않는 상태인 것이다.

 

[2] 슈퍼컴퓨터를 이용한 계산 결과는 암흑물질로 가득찬 우주가 어떻게 진화해갈지를 보여주고 있다.
오랫동안 암흑물질은 거대한 우주의 거미줄 구조로 뭉쳐지게 되고 암흑물질이 고밀도로 뭉쳐져 있는 곳에 잠겨든 가스에서 은하와 별들이 만들어지게 된다.
    

[3] 국제 KiDS 연구팀에는 네덜란드와 영국, 독일과 이탈리아, 캐나다의 과학자들이 참여하고 있다.

 

[4] 이 작업은 앵글로-오스트레일리언 망원경의 광범위한 관측을 이어받은 은하와 질량 조합 프로젝트(the Galaxy And Mass Assembly projec. GAMA)에서 제공된 은하군의 3차원 지도를 이용하여 수행되었다.
   

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Organisation Release  2015년 7월 9일자
         http://www.eso.org/public/news/eso1528/

 

참고 : 암흑물질을 비롯한 우주론에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해  조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346979

 

원문>

eso1528 — Organisation Release

Huge New Survey to Shine Light on Dark Matter

First results from VST KiDS Survey

9 July 2015

The first results have been released from a major new dark matter survey of the southern skies using ESO’s VLT Survey Telescope (VST) at the Paranal Observatory in Chile. The VST KiDS survey will allow astronomers to make precise measurements of dark matter, the structure of galaxy halos, and the evolution of galaxies and clusters. The first KiDS results show how the characteristics of the observed galaxies are determined by the invisible vast clumps of dark matter surrounding them.

Around 85% of the matter in the Universe is dark [1], and of a type not understood by physicists. Although it doesn’t shine or absorb light, astronomers can detect this dark matter through its effect on stars and galaxies, specifically from its gravitational pull. A major project using ESO’s powerful survey telescopes is now showing more clearly than ever before the relationships between this mysterious dark matter and the shining galaxies that we can observe directly [2].

The project, known as the Kilo-Degree Survey (KiDS), uses imaging from the VLT Survey Telescope and its huge camera, OmegaCAM. Sited at ESO’s Paranal Observatory in Chile, this telescope is dedicated to surveying the night sky in visible light — and it is complemented by the infrared survey telescope VISTA. one of the major goals of the VST is to map out dark matter and to use these maps to understand the mysterious dark energy that is causing our Universe's expansion to accelerate.

The best way to work out where the dark matter lies is through gravitational lensing — the distortion of the Universe's fabric by gravity, which deflects the light coming from distant galaxies far beyond the dark matter. By studying this effect it is possible to map out the places where gravity is strongest, and hence where the matter, including dark matter, resides.

As part of the first cache of papers, the international KiDS team of researchers, led by Koen Kuijken at the Leiden Observatory in the Netherlands [3], has used this approach to analyse images of over two million galaxies, typically 5.5 billion light-years away [4]. They studied the distortion of light emitted from these galaxies, which bends as it passes massive clumps of dark matter during its journey to Earth.

The first results come from only 7% of the final survey area and concentrate on mapping the distribution of dark matter in groups of galaxies. Most galaxies live in groups — including our own Milky Way, which is part of the Local Group — and understanding how much dark matter they contain is a key test of the whole theory of how galaxies form in the cosmic web. From the gravitational lensing effect, these groups turn out to contain around 30 times more dark than visible matter.

"Interestingly, the brightest galaxy nearly always sits in the middle of the dark matter clump," says Massimo Viola (Leiden Observatory, the Netherlands) lead author of one of the first KiDS papers.

"This prediction of galaxy formation theory, in which galaxies continue to be sucked into groups and pile up in the centre, has never been demonstrated so clearly before by observations," adds Koen Kuijken.

The findings are just the start of a major programme to exploit the immense datasets coming from the survey telescopes and the data are now being made available to scientists worldwide through the ESO archive.

The KiDS survey will help to further expand our understanding of dark matter. Being able to explain dark matter and its effects would represent a major breakthrough in physics.

Notes

[1] Astronomers have found that the total mass/energy content of the Universe is split in the proportions 68% dark energy, 27% dark matter and 5% “normal” matter. So the 85% figure relates to the fraction of “matter” that is dark.

[2] Supercomputer calculations show how a Universe filled with dark matter will evolve: over time dark matter will clump into a huge cosmic web structure, and galaxies and stars form where gas is sucked into the densest concentrations of dark matter.

[3] The international KiDS team of researchers includes scientists from the Netherlands, the UK, Germany,  Italy and Canada.

[4] This work made use of the 3D map of galaxy groups, provided by the Galaxy And Mass Assembly project (GAMA), following extensive observations on the Anglo-Australian Telescope.

More information

This research was presented in a series of papers submitted to several leading journals. A list can be found here.

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”.

Links

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Contacts

Koen Kuijken
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 5848
Cell: +31 628 956 539
Email: kuijken@strw.leidenuniv.nl

Massimo Viola
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 8442
Email: viola@strw.leidenuniv.nl

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