관측가능한 우주에 존재하는 은하는 10배 이상 더 많다!

 

Credit: NASA, ESA, the GOODS Team, and M. Giavialisco (University of Massachusetts, Amherst)

 

사진1> 허블우주망원경이 수십억 광년을 가로지르는 우주의 역사에 걸쳐 존재하는 수천 개의 은하들을 보여주고 있다.
이 사진은 '위대한 망원경들의 우주기원탐사를 위한 깊은 우주 관측(the Great Observatories Origins Deep Survey, GOODS)'이라 불리는 대규모 은하 탐사의 한 부분을 구성하는 사진이다.
사진에 셀수 없을 정도로 많은 은하들이 있음에도 GOODS와 허블우주망원경의 깊은 우주 탐사 관측 데이터를 분석한 결과에 따르면 현재 운용 중인 망원경들로 관측 가능한 은하는 전체 은하에서 10퍼센트 밖에 되지 않는다고 한다.
이번 연구에 참여한 과학자들은 예전에 생각했던 것과는 달리 관측 가능한 우주에 최소 10배 이상 더 많은 은하들이 있어야 한다는 결론을 내렸다.
연구에 따르면 관측 가능한 우주의 은하들 중 약 90퍼센트는 너무나 희미하고 너무나 멀리 떨어져 있어 현재 운용중인 망원경들로는 관측이 불가능한 상태라고 한다.

우주가 갑자기 붐비는 것처럼 보인다.
허블우주망원경과 다른 관측 기구들에 의해 수행된 깊은 우주의 관측 데이터를 조합한 덕분이다. 
 
천문학자들은 관측가능한 우주에서 지금까지 생각해왔던 것보다 최소 10배나 더 많은 은하들이 있다는 결론을 마주하고 놀라움을 금치 못하고 있다.
이번 연구결과는 은하의 형성에 대한 연구에 명백한 영향을 주고 있으며 예로부터 유례하는 천문학적 역설인 왜 하늘이 밤에 어둡게 보이는가 하는 문제의 해결에 서광을 비춰주고 있다.
 
영국 노팅엄 대학교(University of Nottingham)의 크리스토퍼 콘슬라이스(Christopher Conselice)가 이끄는 연구팀은 데이터를 분석하던 중 초기 우주의 특정 구역에서 지금까지 발견된 것보다 10배다 더 많은 은하들이 담겨 있다는 사실을 알아냈다.
 
이 은하들의 대부분은 미리내 주위를 돌고 있는 위성은하들과 비슷한 질량을 가진, 상대적으로 작고 희미한 은하들이다.
이런 은하들이 서로 합쳐져 더 거대한 은하들을 만들기 때문에 우주에서 이와 같은 은하들의 밀도는 점점 줄어들었다.
 
천체물리학 저널에 개재된 연구팀의 논문에 따르면 이것이 의미하는 것은 우주의 전 역사를 통해 은하들이 항상 고르게 분포했던 것은 아니라는 사실이다.
 
콘슬라이스의 설명은 다음과 같다.
“이번 연구 결과는 우주의 역사에서 발생한 거대 은하의 진화가 작은 은하들 간의 충돌을 통해 일어났으며 이로인해 작은 은하들의 수가 드라마틱하게 줄어들었음을 말해주는 강력한 증거가 됩니다.
우주에서 이른바 하향식 구조 형성의 증거가 제시된 셈이죠.”
 
천문학에 있어 가장 근본이 되는 질문 중 하나는 우주에 과연 얼마나 많은 은하가 존재하는가 하는 것이다.

 

1990년대 중반 허블우주망원경의 기념비적인 업적인 허블딥필드는 우주에 얼마나 많은 은하들이 존재하는지에 대한 시각을 처음으로 제시해주었다.

 

이어진 후속 관측에서 허블울트라딥필드와 같은 고해상도 관측은 수많은 희미한 은하들의 존재를 밝혀주었다.

 

이러한 결과들은 관측가능한 우주에서 어림잡아 2,000억 개의 은하가 있다는 사실을 추정할 수 있게 해주었다.
그런데 이번 관측은 그 수가 최소 10배 이상 더 존재한다는 것을 말해주고 있다. 
 
콘슬라이스와 그의 연구팀은 허블우주망원경이 촬영한 깊은 우주의 사진들과 이미 다른 연구팀이 발표한 논문을 이용하여 이러한 결론에 도달했다.

 

우주의 역사에서 서로 다른 시대에 존재했던 은하의 숫자를 정확하게 측정하기 위해 연구팀은 많은 수고를 들여 평면 사진을 입체 사진으로 전환하였다.
여기에 연구원들은 새로운 수학적 모델을 사용하였는데 이를 통해 현재의 망원경들로는 관측할 수 없는 은하들의 존재를 추론해낼 수 있었다.
 
그결과 놀라운 결과가 도출되었다.
오늘날 우리가 보고 있는 은하들의 수와 그 질량이 맞아떨어지기 위해서는 관측 가능한 우주에서 90% 이상의 더 많은 은하들이 있어야 했으며 이들은 오늘날의 망원경들로는 볼 수 없을만큼 너무나 희미하고 너무나 멀리 떨어져 있는 은하들이라는 것이었다.
 
이 무수히 많고 작은 희미한 은하들이 우주의 초기부터 서로 합쳐져 오늘날 우리가 관측할 수 있는 거대한 은하들이 만들어진 것이다
 
콘슬라이스의 소감은 다음과 같다.
“지금까지 연구된 것보다 90퍼센트나 더 많은 은하들이 우주에 있다는 결론은 정말 놀라운 일이었습니다.
차세대 망원경들을 이용하여 이 은하들을 발견했을 때, 얼마나 재미있는 특성들을 우리가 알게 될지 누가 알 수 있겠습니까?
가까운 미래에만도 제임스웹우주망원경은 이 엄청나게 희미한 은하들을 연구할 수 있게 해줄 것입니다.”
 
시간이 지날수록 은하의 수가 줄어들었다는 사실은 1800년대 초 독일의 천문학자였던 하인리히 빌헬름 올베르스(Heinrich Wilhelm Olbers)가 제기한 올베르스의 역설을 푸는 데도 도움을 주고 있다.
그가 제기한 역설은 우주가 무한대의 별을 가지고 있다면 왜 밤하늘은 어두운가? 하는 것이다.
 
연구팀은 실제 어마어마하게 많은 은하들로 인해 원칙적으로 하늘의 모든 구역에는 은하가 담겨 있다는 결론을 내렸다.
그러나 이 은하들에서 뿜어져나온 별빛이 사람의 눈과 현대의 대부분의 망원경들로는 볼 수 없다.
이는 익히 알려진 여러 요소들로 인해 우주에서 가시광선과 자외선 빛이 줄어들기 때문이다. 
 
이러한 요소들에는 우주의 팽창으로 인한 적색편이와 우주의 역동적 속성, 그리고 은하간 우주공간의 먼지와 가스로 인한 빛의 흡수 등이 있다.
이 모든 요소들이 조합되면 밤하늘은 우리 눈에 어둡게 보이는 결과가 만들어지는 것이다. 
 

출처 : 허블사이트 2016년 10월 13일 발표 뉴스
         http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2016/39/
        

참고 : 우주론 및 우주일반에 관한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346979

 

원문>

News Release Number: STScI-2016-39

Hubble Reveals Observable Universe Contains 10 Times More Galaxies Than Previously Thought

The universe suddenly looks a lot more crowded, thanks to a deep-sky census assembled from surveys taken by NASA's Hubble Space Telescope and other observatories.

Astronomers came to the surprising conclusion that there are at least 10 times more galaxies in the observable universe than previously thought. 

The results have clear implications for galaxy formation, and also helps shed light on an ancient astronomical paradox — why is the sky dark at night?

In analyzing the data, a team led by Christopher Conselice of the University of Nottingham, U.K., found that 10 times as many galaxies were packed into a given volume of space in the early universe than found today. Most of these galaxies were relatively small and faint, with masses similar to those of the satellite galaxies surrounding the Milky Way. As they merged to form larger galaxies the population density of galaxies in space dwindled. This means that galaxies are not evenly distributed throughout the universe's history, the research team reports in a paper to be published in The Astrophysical Journal.

"These results are powerful evidence that a significant galaxy evolution has taken place throughout the universe's history, which dramatically reduced the number of galaxies through mergers between them — thus reducing their total number. This gives us a verification of the so-called top-down formation of structure in the universe," explained Conselice.

One of the most fundamental questions in astronomy is that of just how many galaxies the universe contains. The landmark Hubble Deep Field, taken in the mid-1990s, gave the first real insight into the universe's galaxy population. Subsequent sensitive observations such as Hubble's Ultra Deep Field revealed a myriad of faint galaxies. This led to an estimate that the observable universe contained about 200 billion galaxies. The new research shows that this estimate is at least 10 times too low.

Conselice and his team reached this conclusion using deep-space images from Hubble and the already published data from other teams. They painstakingly converted the images into 3-D, in order to make accurate measurements of the number of galaxies at different epochs in the universe's history. In addition, they used new mathematical models, which allowed them to infer the existence of galaxies that the current generation of telescopes cannot observe. This led to the surprising conclusion that in order for the numbers of galaxies we now see and their masses to add up, there must be a further 90 percent of galaxies in the observable universe that are too faint and too far away to be seen with present-day telescopes. These myriad small faint galaxies from the early universe merged over time into the larger galaxies we can now observe.

"It boggles the mind that over 90 percent of the galaxies in the universe have yet to be studied. Who knows what interesting properties we will find when we discover these galaxies with future generations of telescopes? In the near future, the James Webb Space Telescope will be able to study these ultra-faint galaxies," said Conselice.

The decreasing number of galaxies as time progresses also contributes to the solution for Olbers' paradox (first formulated in the early 1800s by German astronomer Heinrich Wilhelm Olbers): Why is the sky dark at night if the universe contains an infinity of stars? The team came to the conclusion that indeed there actually is such an abundance of galaxies that, in principle, every patch in the sky contains part of a galaxy. However, starlight from the galaxies is invisible to the human eye and most modern telescopes due to the other known factors that reduce visible and ultraviolet light in the universe. Those factors are the reddening of light due to the expansion of space, the universe's dynamic nature, and the absorption of light by intergalactic dust and gas. All combined, this keeps the night sky dark to our vision.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency. NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C.

 

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