5만개 이상의 은하가 발견된 Groth 대역(the Extended Groth Strip)

여기 수록된 내용은 2007년 3월 6일에 허블 사이트에서 'Hubble Pans Across Heavens to Harvest 50,000 Evolving Galaxies'라는 제목으로 배포된 뉴스의 내용입니다.

이와 관련된 내용은 블로그 내 허블 사이트 폴더에 '허블망원경을 통해 이룩한 과학적 발견 -3-' 라는 글을 통해 간단하게 언급되어 있습니다.

 

 

사진 1>

북두칠성 근처의 아주 얇은 대역에 대한 허블우주망원경의 관측에서 최소 5만개 이상의 은하들이 무더기로 발견되었다.

아키라 후지(Akira Fujii)에 의해 촬영된 왼쪽의 이미지는 허블이 관측한 북두칠성 부근의 관측 위치를 보여주고 있다.

중앙의 길쪽한 이미지는 일년에 걸쳐 찍은 500장의 사진들을 조합하여 만든 이미지이다.
5만여개의 은하들이 산재해 있는 것으로 밝혀진 이 이미지가 차지하는 범위는 보름달 두개를 늘어놓았을 때 차지하는 범위와 동일하다.

가장 오른쪽의 사진은 그 일부분을 나타낸 것으로 아주 다양한 형태의 은하들이 이 사진에 나타나고 있다.

ACS(Advanced Camera for Surveys)카메라를 통해 얻어진 허블의 이미지는,AEGIS 프로젝트의 일환으로 촬영된 것이다.

천문학자들은 Groth Strip을 연구하면서 별의 생성이 중력장의 영향으로 붕괴되면서 발생한 가스나 먼지와 같은 물질들의 공급량에 따라 왕성하게 발생한다는 사실을 발견했다.

거대한 질량의 은하들은 좀더 이른 시기부터 별들이 생성됨에 반해 작은 질량의 은하들은 좀더 장구한 기간에 걸쳐 별들을 만들어낸다.

내내 안정된 상태를 유지한 은하들과 대격변의 흔적을 보이는 은하들이 약 80억년전 수많은 별들을 만들어 냈는데 이것이 별들이 만들어지는 일반적인 두가지 모습이다..

이것은 별을 빨리 형성하는데 있어서 은하들간의 파괴적인 합병이 반드시 필요한 것은 아니라는 점을 보여준다.

이 프로젝트는 1994년 허블의 광대역 행성형 카메라2로 촬영된 28개의 이미지 합성을 연구하기 시작한 프린스턴 대학의 천문학자 에드워드 그로스(Edward J. Groth)의 연구대상 지역인 Groth 대역을 확장하여 진행되고 있다.
허블 ACS카메라의 촬영은 2004년 6월부터 2006년 3월까지 진행되었다.

 

 

허블 우주망원경으로 촬영된 수백개의 이미지들을 조합하여 최소 5만개 이상의 은하들이 담긴 멋진 태피스트리가 만들어졌다.

허블을 통해 얻어진 이 이미지들은 통해 우리는 우주의 청년기 시절(사춘기 이전시기부터 청년기에 이르는 시기)을 이해하기 위한 새로운 단서들을 얻을 수 있었다.

 

허블의 사진을 보면 은하들의 분포가 고르게 나타나고 있지 않음을 알 수 있다.
어떤 은하들은 서로 무리지어 있는 것처럼 보이고, 한 편 어떤 은하들은 공간에 외따로 떨어져 있는 듯이 보인다.

이처럼 불균등하게 나타나고 있는 은하의 분포양상은 우주 전역에 거미줄처럼 뻗쳐있지만, 눈에 보이지는 않는 암흑물질의 집중양상을 추적할 수 있는 단서를 제공해 준다.

왜냐하면, 은하들은 암흑무질이 풍부하게 존재하는 지역에서 형성되기 때문이다.

 

이 우주적 규모의 테피스트리에서 찾아진 여태까지의 발견들 중에는, 그 중심에 두 개의 블랙홀을 가지고 있는 거대한 붉은색 은하도 있고, 새롭게 발견된 중력렌즈 현상- 뒷쪽 은하들로부터 출발한 빛이 모종의 은하에서 발생하는 중력의 영향으로 휘어서 나타나는 현상-도 있으며,  천문학자들이 그 원인을 찾아내기 위해 오랫동안 바빠질 것으로 보이는 불가사이한 형태의 은하들도 있다. 

 

여러 개의 개별적인 이미지들을 모아 만들어진 허블의 광역 이미지이지만, 아직 하늘의 작은 조각에 불과한 영역만을 커버할 수 있을 뿐이다.

 

이 이미지의 전체 폭이 하늘에서 차지하는 비율은 당신의 팔길이에서 손가락이 차지하는 비율보다도 훨씬 적은 비율이지만 천문학자들에게는 이렇게 작은 영역도 대단히 큰 천상의 부동산과 같다.

그래서 이 정도의 이미지를 담아내기 위해서, 허블의 ACS(Advanced Camera for Surveys)망원경이 63개의 각기 다른 지점에서 500번 이상의 노출을 통한 스냅사진으로 일년이상 모든 지역을 훑어내야 했다.

 

이를 통하여 얻어진 Groth Strip 이미지는 개별 이미지를 가로 21개 이미지에 세로 3개 이미지의 넓이로 구성되었다.
(도수로 보면 1.1도 X 0.15도에 해당한다. 참고로 달을 엥글 사이즈로 보자면 달의 크기는 약 0.5도에 해당한다.)

 

허블의 이미지를 모아 30억 픽셀 이상의 이미지를 만들어낸 우주망원경과학 연구소의 천문학자 안톤 쾌키머(Anton Koekemoer)는 "이 이미지들은 우주적 시간을 거쳐 진화를 지속해온 각 단계마다에서 수없이 많은 은하들이 있었음을 말해준다"고 평가했다.

 

하늘의 적절히 작은 범위에서 은하들을 연구하는 프로젝트에서 허블의 관측은 대표적인 샘플들을 제공해주는 역할을 담당했다.

AEGIS(All-wavelength Extended Groth Strip International Survey)라고 명명된 이 연구에는 네 개의 지구 궤도 선회 망원경과 네 개의 지상의 천문대가 참여하고 있다.

 

5년 계획의 이 프로젝트에는 전 세계적으로 50명 이상의 연구원들이 참여하고 있으며, 하늘의 작은 지역 하나하나를 라디오파, 적외선, 가시광선, 적외선, X-Ray선등의 모든 전자기 스펙트럼을 통하여 관찰하고 있다.

 

"The Extended Groth Strip"이라는 이름은 프린스턴 대학의 물리학자 에드워드 그로스(Edward Groth)의 이름을 본 뜬 것이다.

이 프로젝트는 산타크루즈 캘리포니아 대학의 물리학 및 천문학 교수인 산드라 파버(Sandra Faber)와 버클리 캘리포니아 대학의 천문학 교수인 마크 데이비스(Marc Davis)가 공동으로 이끌고 있다.

데이비스는 이 연구의 목적을 다음과 같이 말하고 있다.
"이 연구의 목적은 전체 우주의 나이에서 반 정도 거슬러 올라간, 그러니까 약 80억년 전, 우주에서 젊은 은하들이 고요하고 성숙한 어른 은하로 변해가던 그 시대의 우주가 어떤 상태였는지를 알아내는데 목적이 있습니다."

허블의 사진들은 우주의 은하들이 현재 우리 눈에 보이는 것과 같은 거의 성숙한 모습에 도달하기 시작한 때가 언제인지를 밝혀주었다.

 

이 이미지의 전역에서 다양한 형태의 은하들을 볼 수 있다.

현재 우주에서 쉽게 볼 수 있는 바와 같이 아름다운나선형 은하들과 거대한 질량의 타원형 은하들이 보인다.

그러나 어떤 것들은 어린은하들의 격렬한 충돌과 합병 와중에 발생한 찌꺼기 물질들이 불규칙하게 뭉쳐있는 것처럼 보이기도 한다.

 

AEGIS의 한 팀원은 이들 은하들은 지금까지 가장 멀리서 관측된 어린은하들을 닮았다고 말했다.

 

허블은 아마도 만여개의 은하들을 탐색해왔을 것이다. - 이들 중 상당수는 괘상하고 혼란스러운 모습들이다.- 그리고 다른 망원경들은 가시광선을 넘어서는 다른 대역을 통해 초거대 질량의 블랙홀이나 별들을 왕성하게 만들어내고 있는 은하들을 포함한 좀더 극단적이고, 이국적인 특성을 지닌 천체들을 관측하고 있다.
 

현재 이 프로젝트의 요약논문이 Astrophysical Journal Letters 의 인터넷 판에 게시되어 있는데, 데이비스와 그의 동료들은

AEGIS가 깊은 우주에 대해 지금까지는 제공된바 없는 독특한 이미지들을 제공하고 있고  비교적 넓은 지역에 대한 집중적인 관측을 통해 아주 희귀한 형태의 은하들에 대해서까지도 수많은 샘플들을 만들어내고 있다고 적고 있다.

 

이들은 그들의 작업을 Sloan Digital Sky Survey 프로젝트와 비교하곤 한다. 

Sloan Digital Sky Survey에서는 우주의 특정 지역을 매우 섬세하게 관측하기는 했지만, 단지 지난 20억년 간의 우주의 진화양상에 초점을 두고 진행된 프로젝트이다. 

파버는 "우주에서 지금까지 이처럼 깊은 지역을 이처럼 여러개의 파장을 통해 분석된 다른 지역은 존재하지 않습니다."라고 말한다.

AEGIS 연구를 기반으로 한 총 19개의 논문이 Astrophysical Journal Letters에 특별판으로 발표될 것이다.

현재 인터넷 상에는 그 내용을 확인할 수 있다. (http://www.journals.uchicago.edu/ApJ/)

 

AEGIS는 현재 많은 변화의 창들을 제공하고 있다.

GALEX(GALaxy Evolution eXplorer)와 스피처 우주망원경에 의하여 각각 관측된, 새로 탄생한 별로부터 방출된 자외선과

장파장 적외선 분석 결과, 과거에는 오늘날보다 훨씬 높은 비율로 새로운 별들이 만들어졌음을 알 수 있었다.

또한 단파장 적외선으로는 각각의 은하들에 존재하는 별들의 총 질량을 측정할 수 있었는데 이를 통하여 천문학자들은

이 은하들이 지난 시간동안 어떻게 팽창되어 왔는지를 알 수 있었다.
또한 찬드라 X-ray관측기와 뉴 멕시코주의 VLA(Very Large Array)를 통해 각각 관측된바에 따르면 은하들의 중심에는

매우 거대한 블랙홀이 존재하고 있음을 알 수 있었다. 

 

 

<사진2>

이 이미지는 최소 5만개 이상의 은하들이 포함되어 있는 전체 파노라마 사진의 일부분이다.
이러한 전 우주적 테피스트리 안에는 다양한 모양과 크기, 색깔의 은하들이 포함되어 있다.

몇몇 은하들은 서로 뭉쳐있다 ; 작은 은하일수록 멀리 존재하는 은하들이며 우주가 작은 조각이었을 때부터 존재했던 것으로서 현재 나이는 대략 140억년에 달한다.

 

 

 <사진3>

이 사진에서는 Groth대역의 크기를, 시야각을 기준으로 달과 비교하고 있다.

Groth Strop의 가로 넓이는 보름달 두 개의 지름의 합 정도의 시야각과 일치하는 넓이이다.

 

 

허블사이트에서 배포한 이 동영상은 Groth Strip의 사진에 나래이션과 배경음악을 넣어 편집한 것이다.
이 동영상에서는 허블이 촬영한 5만여개에 달하는 은하들의 모습을 보여주고 있다.
동영상은 북두칠성의 위치서부터 시작하여, 마지막에 Groth Strip을 천천히 훑어보여주는 것으로 구성되어 있다.

 

 

* '허블사이트'의 게시물들은  허블사이트 http://hubblesite.org 의 뉴스센터 자료들을 번역한 자료들입니다

 

원문 >

 

<사진1>

This image, taken by NASA's Hubble Space Telescope, represents a small section of a larger panoramic view of the heavens, where at least 50,000 galaxies reside.

The cosmic tapestry unveils galaxies in all shapes, sizes, and colors. Some of the galaxies are nearby; the smaller ones are far away and existed when the universe was only a small fraction of its current age of roughly 14 billion years.

The Hubble observation, made with the Advanced Camera for Surveys, is part of the All-wavelength Extended Groth Strip International Survey, a collaborative effort using major ground-based and space-based telescopes to focus on a narrow swath of sky near the Big Dipper. The region offers a clear view of the distant universe.

Astronomers studying the Groth Strip find that star formation is largely driven by the supply of raw materials, such as gas and dust, collapsing under the force of gravity. More massive galaxies form stars early, whereas the smaller galaxies create their stars over longer timescales. Both normal-looking, undisturbed galaxies and those showing signs of catastrophic collisions were forming an abundance of stars 8 billion years ago. This evidence suggests that violent galaxy mergers were not required for rapid star formation.

The Groth Strip is an extension of an original survey of part of the same region executed in 1994 by Princeton University astronomer Edward J. Groth, who created a mosaic of 28 overlapping fields with the Hubble Wide Field Planetary Camera 2.

The Advanced Camera for Surveys image was taken from June 2004 to March 2005.

 

 

 

 

Several hundred images taken with NASA's Hubble Space Telescope have been woven together into a rich tapestry of at least 50,000 galaxies. The Hubble view is yielding new clues about the universe's youth, from its "pre-teen" years to young adulthood.

The snowstorm of galaxies in the Hubble panorama does not appear evenly spread out. Some galaxies seem to be grouped together. Others are scattered through space. This uneven distribution of galaxies traces the concentration of dark matter, an invisible web-like structure stretching throughout space. Galaxies form in areas rich in dark matter.

Among the discoveries so far in this galactic tapestry are a giant red galaxy with two black holes at its core; several new gravitational lenses — galaxies whose gravity bends the light from background galaxies into multiple images; and a rogues' gallery of weird galaxies that should keep astronomers busy for a long time trying to explain them.

Hubble's wide view — achieved by weaving together many separate exposures into a mosaic — still only covers a comparatively small slice of sky. The entire width of the image, in angular size, is no bigger on the sky than the apparent width of your finger held at arm's length. To astronomers, however, this seemingly small area is a big piece of celestial real estate.

To cover even this much of the sky, Hubble's Advanced Camera for Surveys snapped more than 500 separate exposures, at 63 different pointings, spread out over the course of one year. The final mosaic is 21 images long by 3 images tall. (The dimensions in degrees are about 1.1 by 0.15 degrees. For comparison, the Moon is about 0.5 degrees in angular size).

"These images reveal a wealth of galaxies at many stages of their evolution through cosmic time," said astronomer Anton Koekemoer of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md., who combined all the Hubble observations to create the final panoramic image, which contains over 3 billion pixels.

The Hubble observation is part of a larger project to study galaxies in a moderately small area of sky, which provides a representative sample of the universe. The study, called the All-wavelength Extended Groth Strip International Survey (AEGIS), utilized four orbiting telescopes and four ground-based telescopes. The five-year project involved the cooperation of more than 50 researchers from around the world observing the same small region of sky in the radio, infrared, visible, ultraviolet, and X-ray regions of the electromagnetic spectrum.

The Extended Groth Strip is named for Princeton University physicist Edward Groth. The project is jointly led by Sandra Faber, professor of physics and astronomy at the University of California at Santa Cruz, and Marc Davis, professor of astronomy at the University of California at Berkeley. "The goal was to study the universe as it was when it was about half as old as it is at present, or about 8 billion years ago, a time when youthful galaxies undergoing active formation were becoming quieter mature adults," said Davis.

The Hubble telescope images reveal a time when galaxies were starting to reach their mature shapes, looking like the nearby galaxies we see today. A wide diversity of galaxies can be seen throughout the images. Some are beautiful spirals or massive elliptical galaxies like those seen in the nearby universe, but others look like random assemblages of material, the leftovers from violent mergers of young galaxies. These resemble some of the most distant, youngest galaxies observed, AEGIS team members said.

Hubble may have spied tens of thousands of galaxies — many of them odd and chaotic — but other telescopes observing at wavelengths other than the visible over wider areas have pinpointed more extreme and exotic objects, including supermassive black holes and energetic starburst galaxies.

In a summary paper now posted online in the Astrophysical Journal Letters, Davis and his colleagues note that AEGIS is providing a unique combination of deep, intensive observations over a comparatively wide area, yielding large samples even of rare types of galaxies. They contrast their work with the Sloan Digital Sky Survey, which has observed the local universe in great detail, but focuses on only the last 2 billion years of cosmic evolution. "As of this time, there is no other region this large on the sky that has been looked at so deeply in so many different wavelengths," Faber said.

A total of 19 papers based on the Groth Strip survey will appear in a special issue of ApJ Letters. All currently are posted online at http://www.journals.uchicago.edu/ApJ/.

AEGIS provides many windows on this time of transition. Ultraviolet and long-wavelength infrared light from newly born stars, observed by the GALaxy Evolution eXplorer (GALEX) and the Spitzer Space Telescope, respectively, shows that stars were being formed at a much higher rate than today. Shorter-wavelength infrared light measures the total mass of the stars in each galaxy, allowing astronomers to see how galaxies grow larger over time, while X-ray and radio observations by the Chandra X-ray Observatory and the Very Large Array in New Mexico, respectively, can reveal the presence of powerful black holes at galaxies' centers.

CONTACT

Ray Villard/Donna Weaver
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
Phone: 410-338-4514/4493

Anton Koekemoer
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
Phone: 410-338-4815; E-mail: koekemoe@stsci.edu

Jeffrey Newman
University of California/Lawrence Berkeley Labs
Phone: 510-390-2450; E-mail: janewman@lbl.gov

 

 

<사진2>

This image, taken by NASA's Hubble Space Telescope, represents a small section of a larger panoramic view of the heavens, where at least 50,000 galaxies reside.

The cosmic tapestry unveils galaxies in all shapes, sizes, and colors. Some of the galaxies are nearby; the smaller ones are far away and existed when the universe was only a small fraction of its current age of roughly 14 billion years.