이중 중력 렌즈 고리(SDSSJ0946+1006)

사진 설명>

이 사진은 허블 ACS로 촬영된 중력렌즈, SDSSJ0946+1006의 사진이다.

타원은하의 중력장이 정확하게 그 뒷편에 존재하는 두 개의 은하로부터 뻗어나온 빛을 휘게 만들고 있다.

 

거대한 질량을 가진 제일 앞에 위치한 은하는 뒤에 존재하는 두 개의 은하와 각각 다른 거리 간격으로 거의 정확하게 일직선으로 정렬해 있다.

 

가장 앞에 존재하는 은하는 30억광년 거리에 있으며, 이중 고리 중 안쪽 고리의 빛은 60억 광년,

그리고 가장 바깥쪽의 고리는 110억 광년 거리의 은하들로부터 발생한 것이다.

 

이처럼 은하들간의 특별한 정렬은 1만 분의 1의 확률로 측정되었다.

오른쪽의 확대 이미지는 정중앙에 위치한 가장 앞에 존재하는 은하의 이미지를 삭제한 후 나타난,

두 개의 동심원 모양을 보여주고 있다.

 

 

Full Story>

허블에 의해 처음으로 관측된 이 사진은 하나의 동심원 형태의 빛 고리 안에

또 하나의 빛의 고리가 있는 모습을 촬영한 것이다.

 

이러한 이중고리 패턴은 마치 하나의 줄에 매달린 세 개의 염주알처럼 
거대한 질량을 가진 은하의 뒤편에, 두 개의 은하들이 서로 먼 거리를 유지한채 직선으로 도열해 있기 때문에 발생하는 것이다.

단순히 신기함을 넘어서, 이처럼 보기드문 현상을 통해 암흑물질, 암흑에너지, 멀리 떨어진 은하의 본성 뿐만 아니라,

우주의 곡률까지도 통찰할 수 있게 해준다.  

 

이 고리는 산타바바라 캘리포니아 대학의 라파엘 가파치(Raphael Gavazzi)와 토마소 트로이(Tommaso Treu)가 이끄는

국제협력연구팀에 의해 SLACS(Sloan Lens Advanced Camera for Surveys)프로그램이 진행되는 와중에 발견되었다.

연구진은 이번 발견을 211차 미국천문학회에서 발표하였으며, 논문은 The Astrophysical Journal 지에 제출되었다.

 

'중력렌즈'라 불리는 현상은 아주 멀리 존재하는 은하로부터 발생한 빛이 마치 돋보기에 의해 확대되는것처럼,
앞쪽에 위치한 거대 질량의 은하의 중력에 의해서 구부러지면서 발생하는 현상이다.

'아인슈타인 고리(Einstein ring)'라 불리는 이러한 빛의 동심원을 만들어 내기 위해서는
두 개의 은하가 정확하게 일렬로 정렬하고 있어야 한다.

그런데 그 뒷편에 또 다른 은하가 정확하게 동일한 시선에 위치하고 있다면, 두번째의 더 큰 고리가 나타나게 될 것이다.

이처럼 특별한 정렬이 일어날 확률은 1만분의 1의 확률로 예측되었기 때문에 토마소는 이를 '잭팟을 터뜨렸다.'라고 표현했다.

실제로 이와 같은 현상이 일어날 확률은 룰렛 게임에서 동일한 번호로 두 번 연속 성공을 거둘 확률보다 더 낮다. 

제트추진연구소의 레오니다스(Leonidas Moustakas)는 이에 덧붙여 다음과 같이 말하고 있다.
 "이처럼 매력적인 우주적 우연은 우주에 대한 많은 비밀을 밝혀줄 겁니다.

  암흑 물질은 이런 현상에서 숨겨지지 않습니다.

  이 중력렌즈의 우아함은 다른 것이 아니라, 우주의 비밀을 밝히는 최고의 수단이라는 점에 있습니다."

전면에 위치하는 거대질량의 은하는 뒷편의 두 개의 은하와 서로 다른 거리간격으로 거의 완벽하게 정렬을 이루고 있다.

이 은하는 30억 광년 거리에 있는 은하이다.

고리중에서 안쪽 고리를 발생시키는 은하까지의 거리는 약 60억 광년으로 측정되었으며

가장 바깥의 고리는 110억 광년 거리의 은하로부터 발생한 것이다.

 

연구팀의 일원인 하와이대학 천문연구소의 아담 볼튼(Adam Bolton)이 SDSS(Sloan Digital Sky Survey)를 이용한 관측에서

이 현상을 처음으로 관측했다고 한다.

볼튼은 이번 발견을 이끈 최초의 신호는 가장 앞에 존재하는 은하의 SDSS 스텍트럼을 구성하고 있던
50만개의 광자에 숨겨져 있던 고작 500개에 지나지 않는 광자에서 포착되었다고 말했다.

 

토마소는 "허블 이미지에서는 이중 고리의 모습이 뚜렷하게 나타나는데,  
제가 처음 이 사진을 봤을 때 '와우, 이건 미친거야'라고 말했죠, 도저히 믿을수가 없었거든요"라고 말했다.

 

공간을 뒤틀어 이와 같은 중력 렌즈가 발생하게 하는 앞쪽의 은하들에서는,

이 은하에 존재하는 암흑물질의 분포를 정확하게 그릴 수 있다.

토마소는 비록 은하와 암흑물질간의 상호작용을 설명할 만한 물리적인 인과가 없다는 것을 강조하기는 했지만,

암흑물질 밀도의 감소는 나선은하에서 보이는 동일현상과 유사하다는 점을 발견했다.

(은하의 자전 속도를 측정하면, 은하에 작용하는 암흑물질의 인력장을 계산하여 암흑물질 값을 도출할 수 있다.)

 

게다가 , 이중 아인슈타인 고리는 중간에 존재하는 은하의 질량도 정확히 측정할 수 있게 해주었는데

그 질량은 태양계의 10억배에 달하는 것으로 측정되었다.

연구팀은 이번 측정이 상당히 멀리 떨어진 왜소은하(z 적색편이 값 = 0.6)의 질량을 측정한 최초의 사례라고 보고했다.

 

이와 같은 이중 고리의 예시들은 독립적인 측정을 가능하게 해준다.

또한 두개의 고리로부터 얻어지는 상대적인 반경차이는 중력에 의한 공간의 뒤틀림을

독립적으로 측정하기 위해 활용될 수 있을 것이다.

이로인해서 우주를 구성하고 있는 물질과 암흑 에너지의 속성을 이해하는데 도움이 될 수 있을 것이다.

그리고 빅뱅의 유산인 우주배경복사의 관측에 있어 평면 기하학 부분에 도움이 될 수 있을 것이다.

50개의 적절한 이중 아인슈타인 고리의 샘플은 암흑물질의 구성물질을 측정하고,
암흑에너지 상태방정식(압력을 측정함)의 정확성을 10퍼센트 향상시키는데 충분한 도움이 될 것이다.

 

좀더 많은 이중 아인슈타인 고리들이 발견될 수 있도록 광대역우주탐사망원경이

JDEM(Joint Dark Energy Mission)에 참여하도록 제안되었고, 최근 국립연구위원회가 이를 추천하였다.

 

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

   본 내용은 2008년 1월 10일 발표된 뉴스입니다.

 

 

 

원문 >

 

사진설명>

This is an image of gravitational lens system SDSSJ0946+1006 as photographed by Hubble Space Telescope's Advanced Camera for Surveys. The gravitational field of an elliptical galaxy warps the light of two galaxies exactly behind it. The massive foreground galaxy is almost perfectly aligned in the sky with two background galaxies at different distances. The foreground galaxy is 3 billion light-years away, the inner ring and outer ring are comprised of multiple images of two galaxies at a distance of 6 and approximately 11 billion light-years. The odds of seeing such a special alignment are estimated to be 1 in 10,000. The right panel is a zoom onto the lens showing two concentric partial ring-like structures after subtracting the glare of the central, foreground galaxy.

Object Name: SDSSJ0946+1006

Image Type: Astronomical

Credit: NASA, ESA, and R. Gavazzi and T. Treu (University of California, Santa Barbara), and the SLACS team

 

Full Story>

NASA's Hubble Space Telescope has revealed a never-before-seen optical alignment in space: a pair of glowing rings, one nestled inside the other like a bull's-eye pattern. The double-ring pattern is caused by the complex bending of light from two distant galaxies strung directly behind a foreground massive galaxy, like three beads on a string.

More than just a novelty, this very rare phenomenon can offer insight into dark matter, dark energy, the nature of distant galaxies, and even the curvature of the universe.

The ring was found by an international team of astronomers led by Raphael Gavazzi and Tommaso Treu of the University of California, Santa Barbara. The discovery is part of the ongoing Sloan Lens Advanced Camera for Surveys (SLACS) program. The team is reporting its results at the 211th meeting of the American Astronomical Society in Austin, Texas. A paper has been submitted to The Astrophysical Journal.

The phenomenon, called gravitational lensing, occurs when a massive galaxy in the foreground bends the light rays from a distant galaxy behind it, in much the same way as a magnifying glass would. When both galaxies are exactly lined up, the light forms a circle, called an "Einstein ring," around the foreground galaxy. If another background galaxy lies precisely on the same sightline, a second, larger ring will appear.

Because the odds of seeing such a special alignment are estimated to be 1 in 10,000, Tommaso says that they "hit the jackpot." The odds of seeing this phenomenon are less than winning two consecutive bets on a single number at Roulette.

"Such stunning cosmic coincidences reveal so much about nature. Dark matter is not hidden to lensing," added Leonidas Moustakas of the Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif. "The elegance of this lens is trumped only by the secrets of nature that it reveals."

The massive foreground galaxy is almost perfectly aligned in the sky with two background galaxies at different distances. The foreground galaxy is 3 billion light-years away. The inner ring and outer ring are comprised of multiple images of two galaxies at a distance of 6 billion and approximately 11 billion light-years.

SLACS team member Adam Bolton of the University of Hawaii's Institute for Astronomy in Honolulu first identified the lens in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). "The original signature that led us to this discovery was a mere 500 photons (particles of light) hidden among 500,000 other photons in the SDSS spectrum of the foreground galaxy," commented Bolton.

"The twin rings were clearly visible in the Hubble image, added Tommaso. "When I first saw it I said 'wow, this is insane!' I could not believe it!"

The distribution of dark matter in the foreground galaxies that is warping space to create the gravitational lens can be precisely mapped. Tommaso finds that the fall-off in density of the dark matter is similar to what is seen in spiral galaxies (as measured by the speed of a galaxy's rotation, which yields a value for the amount of dark matter pulling on it), though he emphasizes there is no physical reason to explain this relationship.

In addition, the geometry of the two Einstein rings allowed the team to measure the mass of the middle galaxy precisely to be a value of 1 billion solar masses. The team reports that this is the first measurement of the mass of a dwarf galaxy at cosmological distance (redshift of z=0.6).

A sample of several dozen double rings such as this one would offer a purely independent measure. The comparative radius of the rings could also be used to provide an independent measure of the curvature of space by gravity. This would help in determining the matter content of the universe and the properties of dark energy.

Observations of the cosmic microwave background (a relic from the Big Bang) favor flat geometry. A sample of 50 suitable double Einstein rings would be sufficient to measure the dark matter content of the universe and the equation of state of the dark energy (a measure of its pressure) to 10 percent precision. Other double Einstein rings could be found with wide-field space telescope sky surveys that are being proposed for the Joint Dark Energy Mission (JDEM) and recently recommended by the National Research Council.

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

Tommaso Treu
University of California, Santa Barbara, Calif.
805-893-3503
tt@physics.ucsb.edu