2015. 12. 25. 23:49ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
사진 1> 이 사진은 XXL-남쪽영역(XXL-South Field, 또는 XXL-S로 표기)을 보여주는 것으로서 XXL 서베이로부터 관측된 두 개 영역 중 하나이다.
XXL은 지금까지 수행된 은하단에 대한 관측 중 가장 방대한 규모의 관측 프로그램으로서, X선을 통해 지금까지 획득된 깊은 우주의 관측 데이터 중 최상의 자료를 제공해주고 있다.
이 관측프로그램은 ESA의 XMM-뉴턴 X선 빛통에 의해 수행되고 있으며, 은하단까지의 거리 측정을 위해 필수적으로 수행되어야 할 추가 관측은 ESO의 각종 관측 장비에 의해 지원되고 있다.
사진에 담긴 지역은 XMM-뉴턴 빛통이 겨냥한 220개 지역의 사진을 이어붙인 것이다.
만약 이 지역을 하늘에서 본다면 보름달의 백 배에 해당하는 사각형 지역을 차지하고 있을 것이다.
이는 관측 대상 지역의 깊이는 일단 제외한 수치이다.
사진의 붉은 색 원은 이번 관측 프로그램을 통해 탐지해낸 은하단이다.
또다른 관측 지역인 XXL-북쪽영역(XXL-North Field, 또는 XXL-N으로 표기)까지 합치면 이번 관측에서 발견한 은하단은 약 450개 정도이다.
이 은하단들은 우주의 나이가 현재 대비 반 정도이던 시절에 존재하던 은하단들이다.
이 사진에는 또한 초거대질량의 블랙홀을 품고 있어 매우 밝게 빛나는 핵을 가진 12,000 개의 은하들이 담겨있다.
ESO의 빛통들이 중력으로 묶여 있는 우주에서 가장 거대한 구조인 은하단에 대해 보다 큰 크기로 3차원 관측을 가능케 하는 선물을 국제 연구팀에 선사해 주었다.
VLT와 NTT를 이용한 관측자료는 지구와 우주 전역에서 진행되고 있는 대규모 은하단 탐사 프로그램인 XXL 서베이의 일환으로 수집된 다른 관측 데이터를 보완해주고 있다.
은하단은 은하들이 모여있는 거대 질량덩어리이며 어마어마한 규모의 뜨거운 가스를 품고 있는 천체이다.
은하단이 품고 있는 뜨거운 가스는 그 온도가 너무나 높아서 X선을 방출한다.
은하단의 구조는 천문학자들에게는 매우 유용한 정보이다.
왜냐하면 은하단이 구축되는데는 우주의 악명높은 괴상한 요소인 암흑물질과 암흑에너지가 영향을 끼치는 것으로 생각되기 때문이다.
우주의 역사에서 서로 다른 시대에 존재하는 은하단의 속성을 연구한다면 알고 있는 지식이라고는 전무한 우주의 암흑의 영역을 연구하는데 있어 단서를 얻을 수 있을 것이다.
총 100여 명 이상의 여러나라의 천문학자들로 구성된 연구팀은 2011년부터 은하단 탐사를 시작하였다.
은하단의 위치를 말해주는 고에너지 X선은 지구 대기에 의해 흡수되기는 하지만 우주에 있는 빛통이라면 이를 탐지해낼 수 있다.
따라서 연구팀은 ESO 및 또 다른 천문대의 관측 자료에 ESA의 XMM-뉴턴 우주빛통의 데이터를 결합시켰다.
이번 관측은 XMM-뉴턴 우주빛통으로서는 가장 많은 관측시간을 할당한 관측이었다.
관측 결과 전자기 스펙트럼 전영역에서 데이터의 확보량을 늘릴 수 있었는데[1], 이러한 모든 활동을 통틀어 XXL 서베이라고 부른다.
사진 2> 이 사진은 지상에 위치한 캐나다-프랑스-하와이 빛통이 촬영한 사진 위에 ESA의 XMM-뉴턴 우주빛통이 촬영한 X선 사진을 겹쳐 놓은 것으로서 XMM-뉴턴 빛통이 촬영한 X선 데이터는 파란색으로 표시되어 있다.
X선에서 가장 밝은 빛을 뿜어내는 천체들 중 상당수는 초거대질량의 블랙홀에 의해 에너지를 공급받으면서 밝게 빛나는 중심부를 가진 은하들이다.
사진의 중앙에 자리잡고 있는 은하단은 뜨거운 가스로부터 방출되는 X선 복사가 퍼져 있는 영역을 보여주고 있다.
CEA의 XXL 수석연구원 마거리트 피에르(Marguerite Pierre)의 설명은 다음과 같다.
"XXL 서베의 주요 목표는 우주의 나이가 현재 나이 대비 반이었던 시점에 존재하던 500 여개의 은하단에 대해 제대로 된 샘플을 제공하는데 있습니다."
XMM-뉴턴 빛통은 각각의 크기가 보름달의 100배에 달하는 2 개의 영역을 탐사하며 이전에는 알지 못했던 수많은 은하단을 찾아내기 위한 관측을 계속하고 있다.
XXL 서베이 팀은 일련의 논문을 통해 지금까지 발견된 은하단을 발표해왔는데, 여기에는 100 개의 가장 밝은 은하단이 포함되어 있다 [2].
신기술 빛통(the New Technology Telescope, NTT)에 장착된 EFOSC2 장비로부터 관측된 데이터는 VLT에 장착된 FORS 장비의 관측 자료와 함께 각 은하단 내부에 있는 은하로부터 온 빛을 주의깊게 분석하는데 활용되었다.
이러한 분석은 결정적으로 각 은하단의 정확한 거리를 산출하도록 도움을 주었으며 암흑물질과 암흑에너지의 정확한 분포 측정에 필요한 우주의 3차원 영상 구현을 가능하게 해주었다[3].
XXL 서베이는 흥미롭고도 예상을 뛰어넘는 여러 결과를 만들어낼 것으로 예상되기도 했지만 예상된 수집데이터가 아직 예상치의 5분의 1에도 미치지 못했음에도 이미 중요한 발견을 도출해 내고 있다.
5 개의 초은하단 - 은하단의 무리 - 의 발견을 보고한 논문은 우리가 속해 있는 라니아케아 초은하단과 같은 익히 알려진 초은하단의 숫자를 늘려주었다.
후속 관측을 통해 발표된 또다른 논문은 60억 광년 거리에 위치하고 있는 특이한 은하단(비공식적으로 XLSSC-116으로 명명되었다)에 대한 내용을 담고 있다.[4]
이 은하단 내에 특이하게 퍼져 있는 밝은 빛이 VLT에 장착된 MUSE 장비에 의해 관측된 바 있다.
이번 논문의 공동저자인 프랑스 마르세이유 천체물리연구소의 크리스토프 아다미(Christoph Adami )의 설명은 다음과 같다.
"이번에 우리는 처음으로 머나먼 은하에 넓게 퍼져 있는 빛을 상세하게 연구할 수 있었습니다.
이는 MUSE가 이와 같은 값진 연구에 막강한 능력을 제공해준다는 것을 보여준 셈입니다."
연구팀은 또한 이번 관측 데이터를 활용하여 과거의 은하단은 오늘날 우리가 관측하는 은하보다는 규모가 작을 것이라는 생각을 확정하였다.
이는 우주의 전 생애에 걸쳐 은하단의 진화에 대한 이론적 이해라는 측면에서 중요한 발견이기도 하다.
XXL 데이터에서 은하단의 수를 세는 단순한 방법을 통해 이전에 도출된 특이한 결과 역시 확정되었는데, 이 특이한 현상이란 은하단이 ESA의 플랑크 위성에 의해 측정된 우주변수로부터 도출된 예견치보다 훨씬 적은 수가 존재한다는 것이었다.
왜 이와 같은 차이가 나타나는지는 아직 아무도 모른다.
그러나 연구팀은 2017년에는 은하단의 완전한 샘플을 가지고 이러한 우주론적 신비의 근거에 도달할 수 있게 되기를 희망하고 있다.
이번에 발표된 4개의 중요한 연구 결과는 우주에서 가장 거대한 이들 천체들에 대한 방대한 연구에서 얻을 수 있는 결과를 미리 맛본 것에 지나지 않는다.
사진 3> XXL 관측 프로그램에 의해 머나먼 곳에 자리잡은 은하단이 발견되었다.
이 은하단의 발견은 은하단이 품고 있는 고온의 가스로부터 뿜어져나오는 X선을 ESA의 XMM-뉴턴 우주빛통이 포착하여 이루어졌다.
각 은하들의 거리는 ESO 및 다른 빛통들을 이용하여 규명하는데 이를 통해 은하단의 분포에 대한 3차원 분포를 결정할 수 있게 된다.
이 사진은 캐나다-프랑스-하와이 빛통에 의해 촬영된 것이다.
각주
[1] XXL 서베이는 1만분의 1마이크로미터의 X선 파장(XMM을 통해 관측)으로부터 1미터 이상의 파장(거대미터파장전파망원경, the Giant Metrewave Radio Telescope, GMRT)에 이르기까지 광범위한 파장에 걸쳐 새로 관측된 은하단의 데이터를 기존 관측 데이터에 결합시켰다.
[2] 13개의 논문을 통해 발표된 은하단의 적색편이 범주는 z = 0.05 에서 z = 1.05 사이이다.
이 적색편이 범주는 우주의 나이가 130억년에서 57억년 사이인 시기에 해당한다.
[3] 정확한 거리 측정을 위해 은하단을 찾아야 한다는 것은 익히 알려져 있는 사실이다.
광도계에 의한 적색편이를 통해 대강의 거리를 측정하는 것은 서로 다른 파장의 색깔을 분석함으로써 가능하지만 좀더 정확한 거리 측정은 분광학적 적색편이 데이터가 필요하다.
분광학적 적색편이는 기존의 축적 데이터를 통해서도 획득할 수 있었는데 VIMOS 공개 은하간 적색편이 서베이(the VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey, VIPERS), VIMOS-VLT 깊은 우주 관측(VVDS), 그리고 GAMA 관측 등에 의한 데이터가 그것이다.
[4] 이 은하단의 적색편이값은 z=0.543이다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release 2015년 12월 15일자
http://www.eso.org/public/news/eso1548/
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>
eso1548 — Science Release
XXL Hunt for Galaxy Clusters
Observations from ESO telescopes provide crucial third dimension in probe of Universe’s dark side
15 December 2015
ESO telescopes have provided an international team of astronomers with the gift of the third dimension in a plus-sized hunt for the largest gravitationally bound structures in the Universe — galaxy clusters. Observations by the VLT and the NTT complement those from other observatories across the globe and in space as part of the XXL survey — one of the largest ever such quests for clusters.
Galaxy clusters are massive congregations of galaxies that host huge reservoirs of hot gas — the temperatures are so high that X-rays are produced. These structures are useful to astronomers because their construction is believed to be influenced by the Universe’s notoriously strange components — dark matter and dark energy. By studying their properties at different stages in the history of the Universe, galaxy clusters can shed light on the Universe’s poorly understood dark side.
The team, consisting of over 100 astronomers from around the world, started a hunt for the cosmic monsters in 2011. Although the high-energy X-ray radiation that reveals their location is absorbed by the Earth’s atmosphere, it can be detected by X-ray observatories in space. Thus, they combined an ESA XMM-Newton survey — the largest time allocation ever granted for this orbiting telescope — with observations from ESO and other observatories. The result is a huge and growing collection of data across the electromagnetic spectrum [1], collectively called the XXL survey.
“The main goal of the XXL survey is to provide a well-defined sample of some 500 galaxy clusters out to a distance when the Universe was half its current age,” explains XXL principal investigator Marguerite Pierre of CEA, Saclay, France.
The XMM-Newton telescope imaged two patches of sky — each one hundred times the area of the full Moon — in an attempt to discover a huge number of previously unknown galaxy clusters. The XXL survey team have now released their findings in a series of papers using the 100 brightest clusters discovered [2].
Observations from the EFOSC2 instrument installed on the New Technology Telescope (NTT), along with the FORS instrument attached to ESO’s Very Large Telescope (VLT), also were used to carefully analyse the light coming from galaxies within these galaxy clusters. Crucially, this allowed the team to measure the precise distances to the galaxy clusters, providing the three-dimensional view of the cosmos required to perform precise measurements of dark matter and dark energy [3].
The XXL survey is expected to produce many exciting and unexpected results, but even with one fifth of the final expected data, some surprising and important findings have already appeared.
One paper reports the discovery of five new superclusters — clusters of galaxy clusters — adding to those already known, such as our own, the Laniakea Supercluster.
Another reports followup observations of one particular galaxy cluster (informally known as XLSSC-116), located over six billion light-years away [4]. In this cluster unusually bright diffuse light was observed using MUSE on the VLT.
“This is the first time that we are able to study in detail the diffuse light in a distant galaxy cluster, illustrating the power of MUSE for such valuable studies,” explained co-author Christoph Adami of the Laboratoire d'Astrophysique, Marseille, France.
The team have also used the data to confirm the idea that galaxy clusters in the past are scaled down versions of those we observe today — an important finding for the theoretical understanding of the evolution of clusters over the life of the Universe.
The simple act of counting galaxy clusters in the XXL data has also confirmed a strange earlier result — there are fewer distant clusters than expected based on predictions from the cosmological parameters measured by ESA’s Planck telescope. The reason for this discrepancy is unknown, however the team hope to get to the bottom of this cosmological curiosity with the full sample of clusters in 2017.
These four important results are just a foretaste of what is to come in this massive survey of some of the most massive objects in the Universe.
Notes
[1] The XXL survey has combined archival data as well as new observations of galaxy clusters covering the wavelength range from 1 × 10—4 μm (X-ray, observed with XMM) to more than 1 metre (observed with the Giant Metrewave Radio Telescope [GMRT]).
[2] The galaxy clusters reported in the thirteen papers are found at redshifts between z = 0.05 and z = 1.05, which correspond to when the Universe was approximately 13 and 5.7 billion years old, respectively.
[3] Probing the galaxy clusters required their precise distances to be known. While approximate distances — photometric redshifts — can be measured by analysing their colours at different wavelengths, more accurate spectroscopic redshifts are needed. Spectroscopic redshifts were also sourced from archival data, as part of the VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS), the VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS) and the GAMA survey.
[4] This galaxy cluster was found to be at a redshift of z = 0.543.
More information
A description of the survey, and some of the early science results, will be presented in a series of papers to appear in the journal Astronomy & Astrophysics on 15 December 2015.
A full listing of the XXL team can be found here.
XXL is an international project based around an XMM Very Large Programme surveying two 25 square degrees extragalactic fields at a depth of ~5 × 10
–15
erg cm—2 s—1 in the [0.5—2] keV band for point-like sources. The XXL website is found here. Multi-band information and spectroscopic follow-up of the X-ray sources are obtained through a number of survey programmes is summarised 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”.
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