천문학자들은 숨겨진 은하계를 드러내는 초기 우주의 가장 큰 3D 지도를 만듭니다.

HETDEX 과학자이자 막스 플랑크 천체물리학 연구소를 졸업하고 지도 개발을 이끈 Maja Lujan Niemeyer는 “초기 우주를 관찰하면 은하가 현재의 형태로 어떻게 진화했는지, 그리고 이 과정에서 은하간 가스가 어떤 역할을 했는지에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다.”라고 말했습니다. “하지만 멀리 있기 때문에 이 시간에는 많은 물체가 흐려 관찰하기 어렵습니다.”

이러한 희미한 소스를 밝히기 위해 팀은 Line Intensity Mapping이라는 방법을 사용했습니다. 이 접근 방식을 사용하면 멀리 떨어져 있는 많은 물체의 결합된 빛을 감지할 수 있어 과학자들이 젊은 우주에 대한 보다 완전한 그림을 구축하는 데 도움이 됩니다. 연구 결과는 3월 3일에 발표됐다. 천체 물리학 저널.

선 강도 매핑이 숨겨진 은하를 밝혀내는 방법

빛은 구성 요소 파장으로 분리되어 과학자들이 스펙트럼이라고 부르는 것을 생성할 수 있습니다. 천문학자들은 특정 원소의 존재를 나타내는 최고점과 최저점을 찾아 스펙트럼(“스펙트럼”의 복수형)을 연구합니다. 개별 은하를 한 번에 하나씩 식별하는 대신 선 강도 매핑은 전체 공간 영역에 걸쳐 특정 요소가 얼마나 강하게 나타나는지 측정합니다.

“당신이 비행기에 타고 내려다보고 있다고 상상해 보십시오. 은하 조사를 수행하는 ‘전통적인’ 방법은 가장 밝은 도시만 매핑하는 것과 같습니다. 대규모 인구 중심지가 어디에 있는지 알지만 교외와 작은 마을에 사는 모든 사람을 놓치게 됩니다.”라고 오스틴에 있는 텍사스 대학의 조교수이자 논문의 공동 저자인 HETDEX 과학자 Julian Muñoz는 설명했습니다. “강도 매핑은 얼룩진 평면 창을 통해 동일한 장면을 보는 것과 같습니다. 더 흐릿한 사진을 얻을 수 있지만 가장 밝은 부분뿐만 아니라 모든 빛을 캡처합니다.”

Line Intensity Mapping은 이전에도 사용되었지만 그렇게 큰 데이터 세트와 높은 정확도로 Lyman 알파 방출을 매핑한 것은 이번이 처음입니다. McDonald Observatory의 Hobby-Eberly 망원경은 암흑 에너지를 더 잘 이해하기 위한 노력의 일환으로 백만 개가 넘는 밝은 은하의 위치를 ​​추적하면서 HETDEX에 대한 엄청난 양의 정보를 수집합니다. 이번 조사는 범위뿐 아니라 데이터 규모 측면에서도 주목할 만하다. 연구원들은 보름달 2,000개 이상에 해당하는 하늘 지역에서 6억 개 이상의 스펙트럼을 수집했습니다.

아직 활용되지 않은 데이터의 광대한 바다

HETDEX 수석 조사관이자 UT 오스틴 천문학과 의장이자 논문 공동 저자인 Karl Gebhardt는 “그러나 우리는 우리가 수집하는 모든 데이터 중 작은 부분인 약 5%만 사용합니다.”라고 설명했습니다. “추가 연구를 위해 남은 데이터를 사용하면 엄청난 잠재력이 있습니다.”

“HETDEX는 하늘의 모든 것을 관찰하지만 그 데이터 중 아주 작은 양만이 프로젝트에서 사용할 만큼 충분히 밝은 은하와 관련이 있습니다.”라고 Lujan Niemeyer는 덧붙였습니다. “하지만 그 은하계는 빙산의 일각일 뿐입니다. 그 사이에 텅 빈 것처럼 보이는 부분에는 빛의 바다 전체가 있습니다.”

슈퍼컴퓨터가 우주의 숨겨진 구조를 드러낸다

새로운 지도를 구축하기 위해 연구원들은 맞춤형 소프트웨어를 개발하고 텍사스 첨단 컴퓨팅 센터(Texas Advanced Computing Center)의 슈퍼컴퓨터에 의존했습니다. 이 시스템은 약 0.5페타바이트의 HETDEX 데이터를 분석했습니다. 그런 다음 팀은 HETDEX가 이미 분류한 밝은 은하의 알려진 위치를 사용하여 근처의 희미한 은하와 빛나는 가스 구름의 위치를 ​​추정했습니다. 중력으로 인해 물질이 서로 뭉쳐지기 때문에 밝은 은하계는 종종 다른 물체가 발견될 가능성이 있는 영역을 표시합니다.

“그래서 우리는 알려진 은하의 위치를 ​​더 희미한 물체의 거리를 식별하는 이정표로 사용할 수 있습니다”라고 막스 플랑크 천체 물리학 연구소의 과학 책임자이자 논문 공동 저자인 HETDEX 과학자이자 고마츠 에이치로(Eiichiro Komatsu)는 말했습니다. 완성된 지도는 밝은 은하 주변의 시야를 선명하게 하는 동시에 이전에 탐사되지 않은 은하 사이의 지역을 더 자세히 보여줍니다.

“우리는 이 시기의 컴퓨터 시뮬레이션을 가지고 있습니다”라고 Komatsu는 계속 말했습니다. “그러나 그것은 실제 우주가 아닌 시뮬레이션일 뿐입니다. 이제 우리는 이러한 시뮬레이션을 뒷받침하는 천체 물리학 중 일부가 올바른지 알 수 있는 기반을 갖게 되었습니다.”

우주 지도 작성의 새로운 시대

연구원들은 동일한 공간 영역을 조사하지만 다른 요소에 초점을 맞춘 다른 조사와 지도를 비교할 계획입니다. 예를 들어, 별이 형성되는 조밀하고 차가운 구름과 관련된 일산화탄소의 선 강도 지도는 과학자들이 라이먼 알파 방사선을 생성하는 어린 별 주변 환경을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Muñoz는 “이 연구는 그 자체로 흥미로운 최초의 발견이며 우주 강도 매핑의 새로운 시대를 여는 문을 열어줍니다.”라고 말했습니다. “Hobby-Eberly는 선구적인 망원경입니다. 그리고 새로운 보완 장비가 온라인에 등장하면서 우리는 우주 지도 제작의 황금 시대를 맞이하고 있습니다.”