스페이스 클럽 유클리드가 인근 은하 주위를 도는 아인슈타인 고리를 드러냅니다.

[우주센터]

유럽 우주국(European Space Agency)의 유클리드 우주 망원경을 사용하여, 천문학자들은 NGC 6505로 알려진 인근 은하 주변에서 우연히 완전한 아인슈타인 고리를 발견했다. 이 광학 효과는 멀리 있는 은하의 왜곡된 이미지를 전경의 별도 은하 주위의 고리로 보여줍니다. NGC 6505는 지구와 매우 가깝고 고리가 완전하기 때문에 이 발견은 매우 드문 것이다.

"아인슈타인 고리는 강력한 중력 렌즈의 한 예"라고 독일 막스 플랑크 천체 물리학 연구소의 연구 책임자인 코너 오리어던은 설명했다. "모든 강력한 렌즈는 매우 희귀하고 과학적으로 믿을 수 없을 정도로 유용하기 때문에 특별합니다. 이것은 지구와 매우 가깝고 정렬로 인해 매우 아름답기 때문에 특히 특별합니다."

중력 렌즈는 블랙홀, 은하 또는 은하단과 같은 거대한 물체가 뒤에 있는 물체에서 방출되는 빛을 굴절시킬 때 발생합니다. 중력은 알버트 아인슈타인(Albert Einstein)의 일반 상대성 이론에서 예측한 것처럼 빛이 공간을 통과하는 경로에 영향을 미칩니다. 무거운 물체의 엄청난 중력은 빛을 더 많이 굴절시켜 더 강한 렌즈 효과를 일으킵니다.

전경 물체(또는 렌즈)가 배경 물체와 관찰자 사이에 직접 위치한다고 가정합니다. 이 경우 렌즈는 배경 물체의 이미지를 너무 많이 왜곡하여 전경 물체 주위에 고리를 형성합니다. NGC 6505와 배경 천체의 정렬은 매우 정밀하여 이미지가 완전한 아인슈타인 고리를 형성합니다.

중력 렌즈가 어떻게 아인슈타인 고리를 형성하는지에 대한 그래픽 설명. (제공: ESA)

천문학자들은 보이지 않는 암흑 물질을 연구하는 데 도움이 될 수 있는 중력 렌즈에 관심이 있습니다. 천문학자들이 은하의 질량을 측정할 때, 그들은 관측에서 볼 수 있는 물질로 설명할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 수를 발견한다. 따라서 사라진 질량은 암흑물질로 알려져 있지만, 그 본질은 천문학에서 가장 큰 미해결 질문 중 하나로 남아 있다.

참고 항목

• 유클리드 업데이트
• 우주 과학 보도
• NSF 스토어
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일반 물질과 암흑 물질은 모두 빛을 왜곡시키기 때문에 중력 렌즈는 암흑 물질의 본질을 연구할 수 있는 훌륭한 기회를 제공합니다. NGC 6505와 같은 강력한 렌즈를 사용하면 천문학자들은 렌즈 자체의 암흑 물질을 연구할 수 있습니다.

유클리드는 2023년 7월 1일 NGC 6505가 발사된 지 몇 달 후 팀이 여전히 망원경을 테스트하고 있을 때 NGC 6505를 관측했습니다. 이러한 커미셔닝 절차의 일환으로 Euclid는 2023년 9월에 의도적으로 초점이 맞지 않는 이미지를 촬영했습니다. 은하계는 이 흐릿한 이미지들 중 하나에 있었는데, 그것은 이미 그 두드러진 특징들에 대한 힌트를 보여주고 있었다.

"나는 유클리드에서 들어오는 데이터를 본다"고 유클리드 아카이브 과학자 브루노 알티에리(Bruno Altieri)는 설명한다. "첫 번째 관측에서도 볼 수 있었지만, 유클리드가 그 지역을 더 많이 관측한 후에는 완벽한 아인슈타인 고리를 볼 수 있었습니다. 평생 중력 렌즈에 관심을 가져온 저로서는 놀라운 일이었습니다."

NGC 6505에 대한 유클리드의 견해 (가운데). 이 이미지는 밝기를 위해 Euclid의 VIS(Visible Camera)를 사용하고 색상 데이터를 위해 더 낮은 해상도의 NISP(Near-Infrared Spectrometer and
Photometer)를 사용하여 4개의 관측 세트를 결합합니다. (크레딧: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, J.-C.의 이미지 처리) Cuillandre, G. Anselmi, T. Li)

얼마 지나지 않아 천문학자들은 NGC 6505의 관측 결과를 수집하기 시작했고, 오리오르단의 팀은 고리를 발견한 사람의 이름을 따서 알티에리의 렌즈를 명명할 것을 제안했다. 연구팀은 유클리드가 관측한 4개의 관측을 연구하고 지상 관측을 통해 유클리드의 관측 결과를 확인했다. 또한 하와이의 KCWI(Keck Cosmic Web Imager)와 애리조나의 DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument)는 은하와 그 고리에서 방출되는 빛의 스펙트럼에 대한 통찰력을 제공했습니다.

이 발견을 주목할 만한 것은 렌즈가 지구에 얼마나 가까운가입니다. 이 은하는 1884년 6월 27일 루이스 A. 스위프트(Lewis A. Swift)에 의해 처음 발견되었으며 지구에서 약 5억 9천만 광년 떨어져 있습니다. 이렇게 집 근처에서 발견된 렌즈는 약 5개에 불과합니다.

"나는 이 고리가 1884년에 처음 발견된 잘 알려진 은하 내에서 관측되었다는 것이 매우 흥미롭다"고 ESA 유클리드 프로젝트 과학자 발레리아 페토리노는 말했다. "이 은하는 천문학자들에게 아주 오랫동안 알려져 왔습니다. 그러나 이 고리는 이전에 관찰된 적이 없었다. 이것은 유클리드가 우리가 잘 알고 있다고 생각했던 곳에서도 새로운 것을 발견하는 것이 얼마나 강력한지를 보여줍니다. 이 발견은 유클리드 미션의 미래에 매우 고무적이며 그 놀라운 능력을 보여줍니다."

아인슈타인 고리를 형성하는 왜곡된 이미지는 지구에서 44억 2천만 광년 떨어진 이전에 알려지지 않은 은하의 모습입니다. 연구팀은 렌즈의 특성을 모델링하여 배경 은하가 어떻게 보일지에 대한 왜곡되지 않은 시야를 재구성했습니다.

(왼쪽) 렌즈 이미지의 Euclid VIS 데이터. (오른쪽) 데이터와 동일한 단위를 사용하여 배경 은하를 재구성한 이미지. (제공: O'Riordan et al.)

유클리드는 하늘의 거의 3분의 1을 지도화하는 6년 임무를 수행하고 있으며, 과학자들은 이 망원경이 100,000개 이상의 강력한 렌즈를 발견할 것으로 기대하고 있습니다. 알티에리의 렌즈는 최초이며, 연구팀은 유클리드가 20개 이하를 발견하지 못할 것으로 예상하기 때문에 지구 가까이에서 발견된 몇 안 되는 렌즈 중 하나로 남을 것이다.

유클리드의 핵심 과학 임무를 위해 천문학자들은 약한 렌즈로 인한 광학 왜곡에 관심이 있습니다. 과학자들은 15억 개의 은하에서 약한 렌즈가 주는 미세한 왜곡을 통계적으로 분석함으로써 우주 전체에 걸친 암흑 물질의 분포를 지도화하고자 한다.

암흑 물질을 밝히는 것이 망원경의 주요 목적이지만, 유클리드는 광범위한 과학적 발견을 제공할 것입니다. 알티에리의 렌즈가 초기에 발견된 것은 강한 렌즈를 연구할 수 있는 망원경의 잠재력을 보여줍니다. "Euclid는 우리가 이전에 가지지 못했던 이 모든 데이터를 통해 이 분야에 혁명을 일으킬 것입니다"라고 O'Riordan은 말했습니다.

오리어단 등의 연구 결과는 2월 10일 학술지 '천문학과 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)'에 게재됐다.

(리드 이미지: NGC 6505와 아인슈타인 고리에 대한 유클리드의 견해. 크레딧: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, J.-C.의 이미지 처리 Cuillandre, G. Anselmi, T. Li)

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