Abell 901, 902 은하단의 암흑물질 분포

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이 사진은 칠레의 라 실라(La Silla)에 있는 MPG/ESO 2.2미터 망원경에 의해 촬영된 슈퍼은하단의 가시광선 사진과 허블우주망원경의 관측으로부터 유추해낸 암흑물질분포도를 합성하여 만들어진 것이다.

옅은 자홍색으로 표시된 부분이 은하단에서의 암흑물질의 분포 양상을 나타낸 것이다. 

암흑물질은 우주의 질량 대부분을 차지하는 것으로 설명되는, 눈에 보이지 않는 물질이다.

이 사진은 암흑물질 덩굴에 위치한 슈퍼은하단의 은하들을 보여주고 있다. 

허블 관측으로 암흑물질을 직접 볼 수 있는 것은 아니다.

천문학자들은 Abell 901과 Abell 902 뒷쪽에 위치한 6만 개 이상의 은하들로부터 발생한 빛이 은하단에 존재하는 물질들과의 상호작용으로 왜곡되는 '약한 중력 렌즈(weak gravitational lensing)현상'이라고 불리는 효과를 분석함으로써 암흑물질의 위치를 유추해냈다. 

 

 

Full Story>

 

천문학자들이 은하의 격렬한 일생을 이해하기 위한 노력의 일환으로 우주의 거대한 구조물들 중 하나를 분석하기 위해 허블 우주망원경을 이용하고 있다. 

허블은 수백 개의 은하들이 뒤섞여있는 초거대 질량의 슈퍼은하단의 무리 속에서  은하에 인력을 행사하는, 눈에 보이지 않는 암흑물질의 간접적인 증거를 제공해주었다.

 

암흑물질은 우주의 질량 대부분을 차지하는 것으로 설명되는, 눈에 보이지 않는 물질이다.

 

허블 ACS(Advanced Camera for Surveys)는 슈퍼은하단 Abell 901과 Abell 902에 속해 있는 개별 은하의 상세구조뿐 아니라, 암흑물질의 분포상태도 그려냈다.

 

여기에 제공된 사진들은 허블 망원경을 이용하여 수행된 광범위한 관측들 중 하나로서, STAGES(the Space Telescope Abell 901/902 Galaxy Evolution Survey)라 이름붙여진 공간을 촬영한 사진들 중 일부이다.

이 지역은 너무 넓어서 STAGES 공간 전체를 촬영하기 위해 80장의 사진이 촬영되었다.

 

이 새로운 연구는 영국 노팅엄 대학교의 메간 그레이(Meghan Gray)와 벤쿠버 브리티시 컬럼비아 대학의 캐서린 히만(Heymans)이 이끄는 국제협력 연구팀에 의해 수행되고 있다.

 

이번 연구는 암흑물질이 고밀도로 모여들여 태양의 100조배에 달하는 질량을 지닌 슈퍼은하단의 4개 지역에 대해 정밀하게 수행되었다.

이 지역들은 슈퍼은하단의 외곽으로부터 고밀도 지역으로 빨려들어온 격렬한 일생을 경험한 수백 개의 늙은 은하들이 존재하는 지역과 일치한다.

이 은하들이 네 개의 독립적인 은하단을 구성하고 있다.

 

이번 연구에 대해 히만은 다음과 같이 말했다.
"우리가 슈퍼은하단에서 암흑물질의 불규칙한 덩어리를 처음으로 발견할 수 있게 해 준 허블 ACS에 고마울 따름입니다.
우리는 또한 은하단에서 가장 밀도가 높은 핵으로 빨려들어가면서 강력한 X선을 방출하는, 매우 뜨거운 은하들을 향해 뻗은  암흑물질의 확장도 관찰할 수 있었습니다."

 

암흑물질 지도는 훨씬 뒷쪽에 존재하는 6만개가 넘는 은하들의 일그러진 모습을 측정하면서 그려졌다.

이러한 모습이 나타나는 이유는 은하로부터 출발한 빛이 슈퍼은하단의 주위를 둘러싼 암흑물질을 통과하면서 중력장의 영향을 받아 휘어진 채로 지구에 도착하기 때문이다.

 

히만은 은하의 미묘한 왜곡형체를 복원하면서 '약한 중력 렌즈(weak gravitational lensing)' 효과를 통해  슈퍼은하단의 암흑물질 분포를 구성했다.

 

이번 암흑물질 지도는 슈퍼은하단에 대해 수행된 기존의 관측에 비해 2.5배 선명하게 그려졌다.

 

이에 대한 그레이의 설명은 다음과 같다.

"슈퍼은하단에 잠재하는 암흑물질에 대한 새로운 지도는, 이번 퍼즐에서 하나의 중요한 조각과 같습니다.
동시에 우리는 은하단 자체에 대한 세부적인 모습들도 보게 된 것입니다."   

 

이번 연구의 보다 큰 목표는 각 은하들이 그들이 위치하는 환경으로부터 어떻게 영향을 받는지를 이해하는 것이다.

 

지구에서도, 조용한 시골 동네에서의 삶과 활기찬 대도시의 삶은 완전히 다르다.

마찬가지로 은하들도 외따로 고립된 은하들의 삶은, 슈퍼은하단과 같이 많은 은하들이 몰려있는 곳의 은하들이 겪는 삶과는 완전히 달라보인다. 

 

이에 대한 그레이의 평가는 다음과 같다.
"우리는 은하단을 이루는 은하들은 일반적으로 외따로 존재하는 은하들보다는 늙고, 붉은 빛을 띄며, 둥그런 형태를 유지하는 경향이 있음을 오래 전부터 알고 있었습니다.  

은하들은 끊임없이 서로를 잡아당겨 점점 커지고, 더 큰 무리를 이루고, 결국 우주진화에서 피할 수 없는 중력의 영향으로  은하단으로 진화해 가는 것입니다."

 

이와 같이 바쁜 환경에 속한 은하들은 매우 격렬한 삶을 살게 된다.

매우 빠른 속도로 다른 은하들과 충돌을 하게 되고, 가스들을 모두 빼앗기게도 되고, 새로운 별이 탄생하는데 사용되는 연료의 공급도 받게 되고, 암흑물질의 강력한 중력 때문에 일그러지기도 한다.

그레이는 은하의 변형에서 몇몇 효과 혹은 모든 효과들이 일종의 역할을 수행한다는 것이 연구팀이 파악하고자 하는 것이라고 말했다. 

STAGES 대역에 대한 연구가 큰 규모의 관측과 세부적인 영역의 관측에 동시에 역점을 두는 것은 대도시를 연구하는 것에 비유될 수 있다.

 

그레이는 이를 다음과 같이 설명한다.
"우리의 연구는 뉴욕이라는 도시와 뉴요커에 대한 연구에 비유해 볼 수 있습니다.
우리는 도로의 배열이라든가, 고층빌딩의 숫자, 도로교통상황 모니터링등 큰 스케일의 요소들을 관찰함과 동시에 도심에 사는 사람들과 도시외곽에 사는 사람들의 라이프스타일이 어떤 점에 있어 차이가 있는지를 연구하고 있는 것입니다.
단지 우리의 연구에서 도시는 슈퍼은하단으로, 도로는 암흑물질로, 그리고 사람들은 각각의 은하들로 대치되는 것입니다."

 

다른 동료들에 의한 여타 결과들도 이러한 관점을 지지하고 있다. 

 

영국 옥스퍼드 대학교의 고급전문위원인 크리스찬 울프(Christian Wolf)는
"우리는 STAGES 대역의 슈퍼은하단에서 은하의 변형이, 아직은 은하들이 상대적으로 천천히 움직이고 있으며, 은하단 환경으로부터의 영향을 처음으로 느끼기 시작하는 은하단의 외곽지역으로부터 발생한다는 사실을 명확하게  볼 수 있습니다" 라고 말했다. 

 

텍사스 대학의 조교수 샤르다 조기(Shardha Jogee)와 대학원생 아만다 하이더만(Amanda Heiderman)도 이에 동의한다.
조기는 다음과 같이 말하고 있다.
"우리는 은하들간의 충돌을 은하단의 중심에서보다는 은하들이 떠다니는 지역에서 더 자주 보게됩니다.
은하단의 중심에 이르러서는 이들은 움직임의 속도가 너무빨라서 충돌과 합병이 오히려 잘 일어나지 않습니다.
그러나 은하단의 외곽지역에서 이들의 움직임은 훨씬 여유가 있고, 그래서 상호작용할 충분한 시간을 가지고 있는 것입니다."

 

 STAGES 연구팀은 또한 은하단의 외곽에서 새로운 별들을 탄생시키고 있는 은하들이 서서이 빛을 읽고 있으며 초거대 질량의 블랙홀이 있는 은하의 중심부에서 가장 격렬한 활동들이 있음을 발견했다.

 

하이더만은 "은하단의 중심에 있는 은하들이 오랫동안 거기 머물고 있었을 것입니다. 그리고 아마도 모든 변화를 끝냈겠죠. 이들은 지금, 늙고, 둥글고, 붉은색으로 죽은 상태입니다."라는 의견을 덧붙였다. 

 

연구팀은 슈퍼은하단의 환경이 이러한 변화에 어떻게 관여하고 있는지를 이해하기 위해 연구를 계속할 예정이다.  

 

Abell 901과 902는 지구로부터 26억 광년 떨어져 있으며 서로는 1600만 광년 떨어져 있는 것으로 측정되었다.

그레이와 히만은 이러한 발견을 1월 10일, 211차 미국천문학회에서 발표할 예정이며, 이들의 연구논문은 왕립천문학회지의 Monthly Notices로 게재될 예정이다.

 

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이 이미지는 슈퍼은하단의 가시광선 사진과 암흑물질 분포도를 합성한 것이다.

허블을 통해 암흑물질이 고밀도로 모여든 슈퍼은하단의 4개 지역을 정밀하게 연구하고 있다.

이 지역들은 슈퍼은하단의 외곽으로부터 고밀도 지역으로 빨려들어온, 격렬한 일생을 경험한 늙은 수백 개의 은하들이 존재하는 지역과 일치한다.

양 사이드의 네 개의 사진은 이 네 개 지역의 허블 사진이다. 

이 이미지를 만들기 위해 천문학자들은 슈퍼은하단의 가시광선 이미지 위에 암흑물질분포도를 추가하였다.

여기에 제공된 사진들은 허블 망원경을 이용하여 수행된 광범위 관측들 중 하나로서 STAGES(the Space Telescope Abell 901/902 Galaxy Evolution Survey)라 이름붙여진 공간을 촬영한 사진들 중 일부이다.

이 지역은 너무 넓어서 지역 전체를 촬영하기 위해 80장의 사진이 촬영되었다. 

허블 ACS의 관측은 2005년 6월, 7월, 2006년 1월에 이루어졌다. 

 

 

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

   본 내용은 2008년 1월 10일 발표된 뉴스입니다.

 

 

원문>

 

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Astronomers assembled this photo by combining a visible-light image of the Abell 901/902 supercluster taken with the MPG/ESO 2.2-meter telescope in La Silla, Chile, with a dark matter map derived from observations with NASA's Hubble Space Telescope. The magenta-tinted clumps represent a map of the dark matter in the cluster. Dark matter is an invisible form of matter that accounts for most of the universe's mass. The image shows that the supercluster galaxies lie within the clumps of dark matter.

Hubble cannot see the dark matter directly. Astronomers inferred its location by analyzing the effect of so-called weak gravitational lensing, where light from more than 60,000 galaxies behind Abell 901/902 is distorted by intervening matter within the cluster. Researchers used the observed, subtle distortion of the galaxies' shapes to reconstruct the dark matter distribution in the supercluster.

Object Name: Abell 901/902

Image Type: Astronomical

Credit: NASA, ESA, C. Heymans (University of British Columbia, Vancouver), M. Gray (University of Nottingham, U.K.), M. Barden (Innsbruck), the STAGES collaboration, C. Wolf (Oxford University, U.K.), K. Meisenheimer (Max-Planck Institute for Astronomy, Heidelberg), and the COMBO-17 collaboration

 

Full Story>

Astronomers are using NASA's Hubble Space Telescope to dissect one of the largest structures in the universe as part of a quest to understand the violent lives of galaxies. Hubble is providing indirect evidence of unseen dark matter tugging on galaxies in the crowded, rough-and-tumble environment of a massive supercluster of hundreds of galaxies.

Dark matter is an invisible form of matter that accounts for most of the universe's mass. Hubble's Advanced Camera for Surveys has mapped the invisible dark matter scaffolding of the supercluster Abell 901/902, as well as the detailed structure of individual galaxies embedded in it.

The images are part of the Space Telescope Abell 901/902 Galaxy Evolution Survey (STAGES), which covers one of the largest patches of sky ever observed by the Hubble telescope. The area surveyed is so wide that it took 80 Hubble images to cover the entire STAGES field. The new work is led by Meghan Gray of the University of Nottingham in the United Kingdom and Catherine Heymans of the University of British Columbia in Vancouver, along with an international team of scientists.

The Hubble study pinpointed four main areas in the supercluster where dark matter has pooled into dense clumps, totaling 100 trillion times the Sun's mass. These areas match the location of hundreds of old galaxies that have experienced a violent history in their passage from the outskirts of the supercluster into these dense regions. These galaxies make up four separate galaxy clusters.

"Thanks to Hubble's Advanced Camera for Surveys, we are detecting for the first time the irregular clumps of dark matter in this supercluster," Heymans said. "We can even see an extension of the dark matter toward a very hot group of galaxies that are emitting X-rays as they fall into the densest cluster core."

The dark matter map was constructed by measuring the distorted shapes of over 60,000 faraway galaxies. To reach Earth, the galaxies' light traveled through the dark matter that surrounds the supercluster galaxies and was bent by the massive gravitational field. Heymans used the observed, subtle distortion of the galaxies' shapes to reconstruct the dark matter distribution in the supercluster using a method called weak gravitational lensing. The dark matter map is 2.5 times sharper than a previous ground-based survey of the supercluster.

"The new map of the underlying dark matter in the supercluster is one key piece of this puzzle," Gray explained. "At the same time we're looking in detail at the galaxies themselves." The survey's broader goal is to understand how galaxies are influenced by the environment in which they live.

On Earth, the pace of quiet country life is vastly different from the hustle of the big city. In the same way, galaxies living lonely isolated lives look very different from those found in the most crowded regions of the universe, like a supercluster. "We've known for a long time that galaxies in crowded environments tend to be older, redder, and rounder than those in the field," Gray said. "Galaxies are continually drawn into larger and larger groups and clusters by the inevitable force of gravity as the universe evolves."

In such busy environments galaxies are subject to a life of violence: high-speed collisions with other galaxies; the stripping away of gas, the fuel supply they use to form new stars; and distortion due to the strong gravitational pull of the underlying invisible dark matter. "Any or all of these effects may play a role in the transformation of galaxies, which is what we're trying to determine," Gray said.

The STAGES survey's simultaneous focus on both the big picture and the details can be likened to studying a big city. "It's as if we're trying to learn everything we can about New York City and New Yorkers," Gray explained. "We're examining large-scale features, like mapping the roads, counting skyscrapers, monitoring traffic. At the same time we're also studying the residents to figure out how the lifestyles of people living downtown differ from those out in the suburbs. But in our case the city is a supercluster, the roads are dark matter, and the people are galaxies."

Further results by other team members support this view. "In the STAGES supercluster we clearly see that transformations are happening in the outskirts of the supercluster, where galaxies are still moving relatively slowly and first feel the influence of the cluster environment," said Christian Wolf, an Advanced Research Fellow at the University of Oxford in the U.K.

Assistant professor Shardha Jogee and graduate student Amanda Heiderman, both of the University of Texas in Austin, concur. "We see more collisions between galaxies in the regions toward which the galaxies are flowing than in the centers of the clusters," Jogee said. "By the time they reach the center, they are moving too fast to collide and merge, but in the outskirts their pace is more leisurely, and they still have time to interact."

The STAGES team also finds that the outer parts of the clusters are where star formation in the galaxies is slowly switching off and where the supermassive black holes at the hearts of the galaxies are most active.

Added Heiderman: "The galaxies at the centers of the clusters may have been there for a long time and have probably finished their transformation. They are now old, round, red, and dead."

The team plans more studies to understand how the supercluster environment is responsible for producing these changes.

Abell 901/902 resides 2.6 billion light-years from Earth and measures more than 16 million light-years across.

Gray and Heymans will present their findings on Jan. 10 at the 211th meeting of the American Astronomical Society in Austin, Texas. A science paper on their results has been accepted by the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

This work was supported by the Science and Technology Facilities Council (UK), NASA, the National Science Foundation Long Term Space Astrophysics (NASA LTSA) program, a Marie Curie Fellowship, a CITA National Fellowship, CIfAR, and CFI.

CONTACT

Donna Weaver/Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4493/4514
dweaver@stsci.edu/villard@stsci.edu

Meghan Gray
University of Nottingham, United Kingdom
011-44-115-846-7315
meghan.gray@nottingham.ac.uk

Catherine Heymans
University of British Columbia, Vancouver, BC, Canada
604-822-2945
heymans@phas.ubc.ca

Christian Wolf
University of Oxford
cwolf@astro.ox.ac.uk

Shardha Jogee
University of Texas, Austin
sj@astro.as.utexas.edu

Amanda Heiderman
University of Texas, Austin
alh@astro.as.utexas.edu

 

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The image was assembled by combining a visible-light image of the supercluster with a map of the dark matter distribution.
The Hubble study pinpointed four main areas in the supercluster where dark matter has pooled into dense clumps.
These areas match the location of hundreds of galaxies that have experienced a violent history in their passage from the outskirts of the supercluster into these dense regions.

The four close-up images flanking the central photo are Hubble views of the four dense clumps of matter.

To make this image, astronomers superimposed the dark matter map over a Hubble visible-light image of the supercluster galaxies.
The images are part of the Space Telescope Abell 901/902 Galaxy Evolution Survey (STAGES), which covers one of the largest patches of sky ever observed by the Hubble telescope.

The area surveyed is so wide that it took 80 Hubble images to cover the entire field.
Hubble's Advanced Camera for Surveys made the observations in June and July 2005 and in January 2006.