2015. 11. 19. 21:42ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
사진 1> UltraVISTA가 촬영한 이 사진에는 새로 발견된 거대 질량의 은하들이 표시되어 있다.
ESO VISTA 관측 빛통이 우주가 탄생한지 얼마 안되던 당시 감춰져 있던 무거운 은하들의 무리를 발견해냈다.
이 은하들에 대한 발견 및 연구를 통해 천문학자들은 이 거대 은하들이 언제 처음으로 나타나게 됐는지 정확하게 알게 되었다.
하늘의 특정 영역에 있는 은하의 숫자를 세는것만으로도 은하의 생성과 진화에 대한 천문학자들의 이론을 검증할 수 있다.
그러나 이처럼 쉬운 일은 점점 천문학자들의 어려움을 가중시켰는데, 훨씬 멀리 떨어진 훨씬 희미한 은하들의 수를 세는 것이 쉽지 않기 때문이다.
우주에서 가장 무거운 축에 속하는 은하들은 가장 밝고, 따라서 가장 찾기 쉬운 은하들이지만 천문학자들이 들여다보는 과거의 우주에는 훨씬 어두운 은하들이 더 많으며 찾기도 쉽지 않다는 것이 문제를 더욱 복잡하게 만든다.
그로닝겐 대학교 캅테인 천문연구소(the Kapteyn Astronomical Institute)의 카리나 카푸티(Karina Caputi)가 이끄는 천문 연구팀이 그동안의 관측에서 누락되었던 수많은 머나먼 은하들을 찾아냈다.
이들은 VISTA의 근적외선을 이용한 6개 탐사 프로젝트 중 하나인 울트라비스타 서베이(the UltraVISTA survey, 이하 UltraVISTA)의 관측 사진을 활용하였으며 우주의 나이가 7억 5천만년에서 21억년이던 당시의 우주에 존재하는 희미한 은하들을 조사하였다.
UltraVISTA는 2009년 이래 보름달의 4배 정도에 해당하는 하늘의 특정 영역을 촬영해왔다.
이러한 탐사 활동은 적외선 파장을 이용하여 시도된 깊은 우주의 탐사로는 가장 방대한 영역을 탐사한 것에 해당한다.
연구팀은 이러한 UltraVISTA의 관측자료에 좀더 긴파장의 중간 적외선으로 우주를 탐사하는 NASA의 스피처우주빛통으로부터 획득된 자료를 추가하였다.[1].
카리나 카푸티의 설명은 다음과 같다.
"우리는 574 개의 새로운 거대 은하를 발견하였습니다.
초기 우주에서 생성된 은하들로서 지금까지 발견되지 않고 숨겨져 있던 은하들로서는 가장 거대한 규모죠.
이 은하들을 연구하면 거대질량의 은하들이 언제 처음으로 나타났는가라는 단순하면서도 중요한 질문에 답을 할 수 있을 것입니다."
근적외선 파장을 이용하여 우주를 촬영하면 먼지에 가려져 있거나 우주가 탄생한지 얼마되지 않은 시점의 극단적으로 멀리 떨어져 있는 천체[2]를 볼 수 있다.
연구팀은 은하의 폭발적인 증가가 매우 짧은 시간동안 발생했다는 것을 알아냈다.
현재 우리 주위에서 목격되는 무거운 질량의 은하들[3] 중 상당수는 빅뱅 이후 30억년이 지난 시점에 이미 형성이 완료된 상태였다.
이번 논문의 공동저자인 헨리 조이 맥크라켄( Henry Joy McCracken)의 설명은 다음과 같다.[4]
"우리는 빅뱅 이후 10억년 이전에 이와 같은 무거운 은하가 존재한다는 증거를 발견하지는 못했습니다.
따라서 이번에 우리가 발견한 은하들이 무거운 은하가 처음으로 형성된 때의 은하들임을 확신하고 있습니다."
또한 당시 무거운 은하들은 천문학자들이 생각했던 것보다 훨씬 더 많이 존재했다는 것도 밝혀졌다.
이번에 발견된 은하들은 무거운 은하 전체 수량의 반에 육박하는 수준이며 우주의 나이가 11억년에서 15억년 사이였던 시점에 존재하고 있었다.[5]
그런데 이번 연구 결과는 초기 우주에서 은하가 어떻게 진화하였는지를 다루는 현재의 모델과는 모순되는 결과이다.
현재의 은하 진화 모델에 따르면 이 시기에는 이와 같은 거대 질량의 은하들이 존재하지 않았던 것으로 예상하고 있었다.
문제를 더욱 복잡하는 만드는 것은 초기 우주에서 만약 무거운 질량의 은하들이 예상보다 훨씬 더 강력한 먼지에 휩싸여 있다면 UltraVISTA 로서도 이들을 탐사해내기가 어려울 것이라는 점이다.
이것이 사실이라면 현재 견지되고 있는 초기 우주에서의 은하 형성에 대한 관점은 완전히 재검토되어야 할 것이다.
ALMA 역시 은하 진화의 역사를 바꿀만한 가능성을 가진 은하들을 찾는데 투입될 예정이다.
만약 여기서 은하들이 발견되다면 이 은하들은 ESO의 39미터 유럽 초대형빛통(39-metre European Extremely Large Telescope, E-ELT)의 관측 대상이 될 것이고 우주의 첫 세대에 해당하는 이 거대 은하들에 대한 자세한 관측이 가능하게 될 것이다.
사진 2> UltraVISTA가 촬영한 사진에서 발견된 거대 질량의 은하들 중 일부를 확대한 모습
각주
[1] ESO의 VISTA 빛통은 0.88~2.15나노미터(μm)에 해당하는 근적외선 대역에서 관측을 수행하는 반면 스피처우주빛통은 3.6~4.5나노미터(μm) 대역에서 관측을 수행한다.
[2] 우주의 팽창이 의미하는 것은 더 멀리 떨어져 있는 은하가 더 빠르게 우리로부터 멀어지고 있다는 것이다.
이러한 팽창은 이들 멀리 떨어져 있는 천체로부터 발생한 빛이 스펙트럼 상에서 붉은빛 쪽으로 이동하는 원인이 되며 따라서 이 은하들로부터 출발한 빛을 잡아내기 위해서는 근적외선이나 중간 적외선 대역에서의 관측이 필요함을 의미한다.
[3] 여기서 "무거운"의 정량적 의미는 태양 질량의 500억 배 이상에 해당하는 질량을 말한다.
미리내에서 별들의 총 질량 역시 이 정도에 해당한다.
[4] 연구팀은 적색편이 6 이상의 영역에서 무거운 은하를 일체 발견하지 못했다.
적색편이 6은 빅뱅 이후 9억년에 해당한다.
[5] 이는 적색편이 5와 4 사이의 값에 해당한다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release 2015년 11월 18일자
http://www.eso.org/public/news/eso1545/
참고 : 다양한 은하단 및 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>
eso1545 — Science Release
The Birth of Monsters
VISTA pinpoints earliest giant galaxies
18 November 2015
ESO’s VISTA survey telescope has spied a horde of previously hidden massive galaxies that existed when the Universe was in its infancy. By discovering and studying more of these galaxies than ever before, astronomers have, for the first time, found out exactly when such monster galaxies first appeared.
Just counting the number of galaxies in a patch of sky provides a way to test astronomers’ theories of galaxy formation and evolution. However, such a simple task becomes increasingly hard as astronomers attempt to count the more distant and fainter galaxies. It is further complicated by the fact that the brightest and easiest galaxies to observe — the most massive galaxies in the Universe — are rarer the further astronomers peer into the Universe’s past, whilst the more numerous less bright galaxies are even more difficult to find.
A team of astronomers, led by Karina Caputi of the Kapteyn Astronomical Institute at the University of Groningen, has now unearthed many distant galaxies that had escaped earlier scrutiny. They used images from the UltraVISTA survey, one of six projects using VISTA to survey the sky at near-infrared wavelengths, and made a census of faint galaxies when the age of the Universe was between just 0.75 and 2.1 billion years old.
UltraVISTA has been imaging the same patch of sky, nearly four times the size of a full Moon, since December 2009. This is the largest patch of sky ever imaged to these depths at infrared wavelengths. The team combined these UltraVISTA observations with those from the NASA Spitzer Space Telescope, which probes the cosmos at even longer, mid-infrared wavelengths [1].
“We uncovered 574 new massive galaxies — the largest sample of such hidden galaxies in the early Universe ever assembled,” explains Karina Caputi. “Studying them allows us to answer a simple but important question: when did the first massive galaxies appear?”
Imaging the cosmos at near-infrared wavelengths allowed the astronomers to see objects that are both obscured by dust, and extremely distant [2], created when the Universe was just an infant.
The team discovered an explosion in the numbers of these galaxies in a very short amount of time. A large fraction of the massive galaxies [3] we now see around us in the nearby Universe were already formed just three billion years after the Big Bang.
“We found no evidence of these massive galaxies earlier than around one billion years after the Big Bang, so we’re confident that this is when the first massive galaxies must have formed,” concludes Henry Joy McCracken, a co-author on the paper [4].
In addition, the astronomers found that massive galaxies were more plentiful than had been thought. Galaxies that were previously hidden make up half of the total number of massive galaxies present when the Universe was between 1.1 and 1.5 billion years old [5]. These new results, however, contradict current models of how galaxies evolved in the early Universe, which do not predict any monster galaxies at these early times.
To complicate things further, if massive galaxies are unexpectedly dustier in the early Universe than astronomers predict then even UltraVISTA wouldn’t be able to detect them. If this is indeed the case, the currently-held picture of how galaxies formed in the early Universe may also require a complete overhaul.
The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) will also search for these game-changing dusty galaxies. If they are found they will also serve as targets for ESO’s 39-metre European Extremely Large Telescope (E-ELT), which will enable detailed observations of some of the first ever galaxies.
Notes
[1] ESO’s VISTA telescope observed in the near-infrared wavelength range 0.88–2.15 μm while Spitzer performed observations in the mid-infrared at 3.6 and 4.5 μm.
[2] The expansion of space means that the more distant a galaxy is, the faster it appears to be speeding away from an observer on Earth. This stretching causes the light from these distant objects to be shifted into redder parts of the spectrum, meaning that observations in the near-to-mid infrared are necessary to capture the light from these galaxies.
[3] In this context, "massive" means more than 50 billion times the mass of the Sun. The total mass of the stars in the Milky Way is also close to this figure.
[4] The team found no evidence of massive galaxies beyond a redshift of 6, equivalent to times less than 0.9 billion years after the Big Bang.
[5] This is equivalent to redshifts between z=5 and z=4.
More information
This research was presented in a paper entitled “Spitzer Bright, UltraVISTA Faint Sources in COSMOS: The Contribution to the Overall Population of Massive Galaxies at z = 3-7”, by K. Caputi et al., which appeared in the Astrophysical Journal.
The team is composed of Karina I. Caputi (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Netherlands), Olivier Ilbert (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Aix-Marseille University, France), Clotilde Laigle (Institut d'Astrophysique de Paris, France), Henry J. McCracken (Institut d'Astrophysique de Paris, France), Olivier Le Fèvre (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Aix-Marseille University, France), Johan Fynbo (Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, Copenhagen, Denmark), Bo Milvang-Jensen (Dark Cosmology Centre), Peter Capak (NASA/JPL Spitzer Science Centre, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), Mara Salvato (Max-Planck Institute for Extragalactic Physics, Garching, Germany) and Yoshiaki Taniguchi (Research Center for Space and Cosmic Evolution, Ehime University, Japan).
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
Contacts
Karina I. Caputi
Kapteyn Astronomical Institute – University of Groningen
The Netherlands
Email: karina@astro.rug.nl
Henry J. McCracken
Institut d'Astrophysique de Paris
France
Email: hjmcc@iap.fr
Bo Milvang-Jensen
Dark Cosmology Center – University of Copenhagen
Denmark
Email: milvang@dark-cosmology.dk
Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org
'3. 천문뉴스 > 유럽남부천문대(ESO)' 카테고리의 다른 글
| ALMA 위의 별 탄생지 (0) | 2015.12.02 |
|---|---|
| 큰개자리 VY 별(VY Canis Majoris) : 늙은 별의 질량 손실에 대한 비밀을 밝혀내다. (0) | 2015.11.27 |
| 백색 난쟁이별 SDSS J1228+1040의 빛나는 헤일로 (0) | 2015.11.12 |
| VISTA가 발견한 미리내의 새로운 구성요소 (0) | 2015.10.29 |
| HD 106906AB (0) | 2015.10.28 |