숨겨진 은하들의 발견 가능성과 우주의 비밀 해제

천문학자들이 우주의 비밀을 풀 수 있는 '숨겨진' 은하들의 존재 가능성을 발견하여 과거를 들여다보는 연구를 진행하고 있습니다. 만약 이들의 존재가 확인된다면 현재까지의 은하 수와 진화 모델에 큰 변화를 가져올 수 있습니다. 이 은하들은 또한 우주 적외선 에너지 생성에 대한 미스터리를 해결하는 데 중요한 열쇠가 될 수 있습니다. 이들의 총 빛은 관측 가능한 우주 에너지 예산의 최댓값을 채우고, 긴 파장에서의 모든 잔여 에너지 방출을 설명할 수 있을 만큼 충분할 것으로 예상됩니다.

 

 

 

허셜 우주 망원경을 이용한 심층 관측

이러한 은하들의 존재 가능성에 대한 증거는 STFC RAL Space와 임페리얼 칼리지 런던이 이끄는 연구팀이 허셜 우주 망원경의 SPIRE 장비 데이터를 활용하여 만든, 지금까지 가장 깊은 장파장 적외선 우주 이미지에서 발견되었습니다. 이 이미지에는 약 2,000개의 먼 은하가 담겨 있습니다. STFC RAL Space의 크리스 피어슨 박사는 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society에 발표된 두 편의 논문 중 하나의 주요 저자로서, 이번 연구가 허셜의 과학적 한계를 넘어섰으며, 우리가 통상적으로 식별할 수 있는 것보다 훨씬 희미한 빛을 내는 완전히 새로운 은하 집단을 드러낼 가능성이 있다고 밝혔습니다.

 

 

심층 이미지 합성 기법

연구팀은 141장의 이미지를 겹쳐 쌓는 방식으로 우주의 심층적인 모습을 포착했습니다. 이렇게 만들어진 허셜-SPIRE 암흑장은 이전의 가장 깊은 허셜 관측보다 5배, 다른 어떤 영역보다 최소 2배 이상 깊은, 지금까지 가장 심오한 원적외선 하늘 이미지입니다. 이미지를 중첩함으로써 천문학자들은 우주에서 대부분의 새로운 별이 탄생하는 먼지가 많은 은하들을 관측할 수 있었습니다.

 

 

 

은하 수와 우주 에너지 예산 변화 추적

이 심층 이미지는 은하의 밝기에 따른 개수 변화를 추적하고, 각 은하가 우주 전체 에너지 예산에 기여하는 정도를 측정하는 것을 가능하게 했습니다. 그러나 이미지가 매우 깊고 많은 은하를 감지했기 때문에 개별 천체들이 서로 겹쳐 구별하기 어려워지는 현상이 발생했습니다.

 

 

 

통계적 기법을 활용한 숨겨진 은하 탐색

MIT 박사 과정 학생이자 두 번째 논문의 주요 저자인 토마스 바니쉬에 따르면, 이러한 과밀 현상 때문에 정보 추출에 어려움이 있었습니다. 그는 임페리얼 칼리지 런던과 RAL Space에서 여름 인턴으로 대부분의 연구를 수행하면서, 이미지의 가장 흐릿한 부분을 분석하여 원래 이미지에서 개별적으로 식별할 수 없는 은하 분포의 근본적인 양상을 탐색하고 모델링하는 통계적 기법을 사용했다고 설명했습니다. 그 결과, 원래 분석에서는 기존 방법으로 감지하기에는 너무 희미하여 이미지의 흐릿함 속에 숨겨진 완전히 새롭고 발견되지 않은 희미한 은하 집단의 존재 가능성을 발견했습니다. 만약 이 새로운 은하 집단의 존재가 확인된다면, 현재까지의 모든 은하 수와 진화 모델을 근본적으로 수정해야 할 것입니다.

 

 

새로운 은하 집단 확인 및 특성 규명

연구자들은 현재 다른 파장대의 망원경을 사용하여 이 잠재적인 새로운 은하 집단의 존재를 확인하고자 합니다. 그들의 목표는 이 희미하고 먼지가 많은 천체들의 특성을 밝히고, 우리 우주 진화의 거대한 흐름 속에서 그 중요성을 파악하는 것입니다. 피어슨 박사는 일반 망원경으로 별빛을 관측할 때 우주의 절반 이야기에 불과하며, 나머지 절반은 중간의 먼지에 가려져 있다고 말했습니다. 실제로 우주 에너지 방출의 약 절반은 먼지에 흡수되었다가 더 차가운 적외선 복사로 재방출된 별빛에서 비롯됩니다. 따라서 우리 우주의 진화를 완전히 이해하기 위해서는 가시광선과 더 긴 파장의 적외선 빛 모두로 하늘을 관측해야 한다고 강조했습니다.

 

 

 

허셜 우주 망원경의 적외선 관측 임무와 SPIRE 장비

허셜 우주 망원경은 적외선으로 우주를 관측하는 임무를 수행했으며, 특히 SPIRE 장비는 가장 긴 파장 영역을 담당했습니다. 우주에 있는 다른 과학 장비와 마찬가지로 SPIRE 장비도 4년간의 임무 기간 동안 매달 정기적인 보정과 '암흑 하늘'의 특정 영역을 관측했습니다. 허셜은 2021년 제임스 웹 우주 망원경에 의해 그 기록이 깨지기 전까지 가장 큰 적외선 우주 망원경이었습니다.

 

 

 

허셜 자료의 지속적인 가치와 미래 적외선 탐사 계획

이번 연구에 참여한 임페리얼 칼리지 런던의 천체물리학자 데이비드 클레멘츠 박사는 허셜 자료의 지속적인 가치를 강조하며, 위성 작동이 중단된 지 10년이 넘었음에도 불구하고 여전히 중요한 새로운 결과를 얻고 있다고 언급했습니다. 그러나 이러한 흥미로운 새로운 결과를 추적하기 위한 해당 파장에서의 추가 데이터 확보가 불가능한 점을 지적하며, 이를 위해서는 현재 NASA에 제안된 차세대 원적외선 임무인 PRIMA가 필요하다고 덧붙였습니다.

 

차세대 원적외선 우주 망원경 PRIMA

천체물리학을 위한 원적외선 탐사 임무(PRIMA)는 RAL Space, 서섹스 대학교, 임페리얼 칼리지 런던, 카디프 대학교를 포함한 영국 컨소시엄의 지원을 받고 있습니다. PRIMA는 1.8미터 망원경을 사용하여 원적외선 이미징 및 분광학에 최적화되어 제임스 웹 우주 망원경과 같은 기존 관측소와 전파 망원경 사이의 간극을 메울 것입니다. PRIMA는 NASA의 차기 10억 달러 규모 탐사 임무 후보 두 개 중 하나로 선정되었으며, 미국 항공우주국은 2026년에 최종 임무를 확정할 예정입니다.