빅뱅28. 심우주, 허블 딥필드

[남태근]

빅뱅28. 허블 딥 필드

  어릴적, 시골, 여름밤!

마당 한 가운데 시원한 수박 한 덩이를 나눠먹고, 밤하늘의 은하수를 쳐다보곤 했다.

은하수는 우리은하 내에 있는 별들이 무리지어 보이는 것이다.

다만, 너무 멀리 있어 희미하게 보일뿐이다.

그 너머 북쪽하늘에 우리에게 친숙한 국자모양의 북두칠성이 있다.

1995년 년말, 허블 우주망원경은 북두칠성의 국자 아랫부분을 겨누었다.

그곳은 아무런 별이 보이지 않는, 텅빈 공간으로 여겨졌던 곳이다.

허블은 그곳을 11일 동안에 걸쳐 300여장의 사진을 찍었다.

아무것도 없다고 생각한 공간에 엄청나게 많은 은하가 빼곡히 들어있었다.

우리은하를 벗어난 외부 은하인 것이다.

우리는 이를 ‘딥 필드‘라 불렀다.

딥필드:

1995년에 촬영된 허블 딥 필드는 우리 은하 내 별이 거의 존재하지 않는

큰곰자리의 작은 영역을 장기간 관측하는 프로젝트였다.

즉, 무턱대고 아무것도 안 보이는 공간을 한번 오랫동안 찍어보자는 아이디어였고,

당시만 해도 이렇게 많은 수의 은하가 찍히리라고는 상상도 못 하고 있었다.

비싼 허블 망원경 관측시간 축내지 말고, 차라리 다른 대상이나 관측하라는 의견도 많았었다.

결과적으로 허블 딥 필드 사진에는 약 3000개의 은하가 찍혔다.

허블 딥 필드(출처:NASA)

허블 딥 필드에서 가장 오래된 은하는 약 120억 년 전의 은하였고,

이는 우주의 탄생이 이루어진 138억 년과는 차이가 있었다.

하지만 당시 허블 망원경은 적외선 대역의 감지기가 미비하여 이보다 먼 거리의 천체를 관측하는 데에는 한계가 있었다.

약 8년 후, 여러 업그레이드를 거친 허블 망원경은 새로 선정된 화로자리 부근의 영역에 대한 관측에 착수했다.

울트라 딥필드

허블 우주 망원경이 2003년 9월 24일부터 2004년 1월 16일까지 800회에 걸쳐,

통산 약 1백만 초의 노출시간을 들여 촬영한 4색 사진이다.

이후 2009년에 3개의 색을 더 촬영함으로써 자외선에서부터 근적외선에 이르기까지 7색으로 이루어진 이미지가 완성되었다. 에리다누스자리와 화로자리 사이 밝은 별이 거의 없는 공간을 선택하여 촬영되었으며,

사진의 총 면적이 보름달의 1/120밖에 되지 않는 매우 좁은 영역이다.

허블 울트라 딥 필드(출처:NASA)

말 그대로 인류 최고의 망원경을 가지고 전례 없는 가장 긴 노출시간을 들여 천구의 가장 어두운 곳을 관측함으로써

인류가 볼 수 있는 가장 먼 우주를 보게 된 셈이다.

그렇게 찍힌 사진에는 1만 개가 넘는 은하들이 관측되었다.

허블 우주 망원경은 역사상 가장 많은 숫자의 은하를 단일 사진에 담은 망원경이 되었다.

여기서 발견된 은하들은 우주 초기 은하들의 형성을 연구하는 데 중요한 연구 자료가 되었다.

측정된 크기는 우리 은하보다 훨씬 작았고, 대부분이 현재의 우주에서는 보기 힘든 기형적인 구조를 가지고 있었다.

이는 먼 거리만큼 도달한 빛 역시 오래 전 것이다. 이를 고려하면 우주 탄생 초기엔 각 은하들 간 거리도 가까워,

병합도 자주 일어나고, 별도 많이 만들어졌다는 것을 의미한다.

이는 병합을 수차례 반복하여 현재의 모습이 되었다는 '계층적 합병 시나리오'를 지지하는 증거가 되었다.

현재까지 발견된 가장 먼 은하도 이 사진을 찍은 영역에서 발견되었다.

UDFj-39546284라는 은하인데, 적색편이는 11.9이며, 우주의 나이로 환산하면 3.7억년에 해당한다.

실시등급은 29등급으로 인간이 볼 수 있는 가장 어두운 별보다 15억 배나 어두운 밝기이다.

비유하자면 약 13,000km 거리에 있는 반딧불이를 포착한 것과 비슷하다.

조금 쉬운말로 이를 요약하면, 우주 탄생초기의 은하이며,

우리로부터 아주 빠른 속도로 멀어지고 있는 아주 어두운 은하이다.

중요한 점은 허블 울트라 딥 필드를 제외하더라도 천구상의 어느 지점을 확대해 보더라도

이렇게 많은 은하들을 발견할 수 있다는 점이다.

허블 울트라 딥 필드가 커버하는 면적은 2.4x2.4각분으로 천구 전체의 2500만 분의 1밖에 되지 않는 매우 좁은 영역이다.

이 사진에서만 약 1만 개(최소1만개)의 은하가 발견되었다는 사실을 통해

관측 가능한 우주에 존재하는 최소한의 은하의 갯수를 2500만 x 1만 = 약 2500억개 이상으로 추산할 수 있다.

은하 하나 안에 있는 별의 숫자만큼이나 많은 은하가 우주에 펼쳐져 있었던 것이다.

그 곳 어디엔가는 우리처럼 우주의 크기를 가늠하며 밤하늘을 올려다 보고 있을 외계인이 살고 있을지도...

[최동식]

일반인들이 간혹 질문을 하죠?
하늘엔 별이 얼마나 많이 있는지?

그에대한 답을 보통 수천억개x수천억개로 표현을 해주곤 했는데
숫자상으로는 어느정도 잘 얘기를 한것 같기도 히네요....

[남태근]

ㅎㅎ "정답이다" 에
저도 한표 보탭니다