"Ghost Glow"는 어디에서 왔을까?
알려진 모든 광원과 산란광을 빼면 확산된 잔광이 우주에 남는다.

우주의 모든 별, 은하 및 기타 알려진 과정과 광원에서 나오는 빛을 차단하면 무엇이 남을까요? 천문학자들은 이제 허블 우주 망원경의 20만 개 이상의 이미지를 사용하여 이를 조사했다. 원인을 알 수 없는 매우 약한 잔광이 여전히 하늘에 남아 있음이 밝혀졌다. 이것은 보이는 밤하늘 전체에 분포하는 10마리의 반딧불이의 광도에 해당한다. 그러나 그것이 어디서 오는지는 아직 명확하지 않다. 

▲ 알려진 모든 광원과 미광을 밤하늘에서 제거하면 무엇이 남을까?

육안으로 보면 밤하늘은 칠흑같이 검고 별들의 개별적인 빛과 은하수의 밝은 띠에 의해서만 비춰진다. 그러나 망원경으로 보면 다른 그림이 나타난다. 전체 우주는 분산된 빛으로 가득 차 있지만 우주 배경 복사 또는 성간 수소구름의 UV 복사를 포함하여 대부분 우리에게 보이지 않는 복사의 파장 범위에 있다. 

외부은하 배경 조명이 드러내는 것

그러나 별, 은하 및 기타 천체에서 나오는 가시광선은 외부은하 배경 조명(extragalactic background light, EBL)이라는 산란광을 생성한다. UV에서 적외선 범위에 있는 이 배경 조명은 우주에 얼마나 많은 광원이 있었는지에 대한 정보를 제공한다. 애리조나 주립 대학의 티모시 칼튼(Timothy Carlton)과 그의 동료들은 "은하와 그 광도에 대한 우리의 조사가 완료되면 외부은하의 배경 빛을 이 모든 물체로 설명할 수 있어야 한다"고 말했다.

그러나 그렇지 않은 경우 모든 광원과 알려진 산란 효과가 측정에서 공제된 후에도 여전히 배경 조명이 있다. 따라서 우주에 대한 우리의 목록은 불완전할 것이다. 그런 다음 추가 빛을 생성하는 프로세스나 물체가 있을 수 있다. 이들은 미지의 은하와 산란 효과일 수 있지만 과도한 빛은 암흑 물질이나 반물질의 소멸과 같은 근본적인 과정으로 인한 것일 수도 있다.

측정 보조 장치로서의 허블 이미지

그러나 문제는 외부은하 배경광을 정량화하기 어렵다는 점이다. 이를 위해서는 먼저 은하 및 황도 산란광을 포함한 다른 모든 광원을 측정하거나 모델을 사용하여 범위를 계산해야 한다. 이전의 측정은 외부은하 배경 조명에 대해 매우 다른 값을 제공했다. 일부는 생각보다 우주에 더 많은 은하가 있어야 한다고 제안했다. 그러나 NASA의 New Horizons 우주선의 데이터를 포함한 다른 사람들은 동의하지 않았다.

이제 SKYSURF 프로젝트의 일환으로 천문학자들은 파장 범위가 0.2에서 1.7미크론인 외부은하 배경광을 재측정했다. 여기에는 UV, 가시광선 및 적외선이 포함된다. 특수 소프트웨어를 사용하여 그들은 황도광 및 은하계 산란광에 대한 현재 모델을 포함하여 허블 우주 망원경의 20만 개 이상의 이미지를 분석했다.

설명할 수 없는 빛의 잔재 남아

그 결과 처음으로 천문학자들은 1퍼센트 미만의 불확실성으로 외부은하의 산란광을 확인할 수 있었다. 이 측정은 모든 알려진 광원을 뺀 후에도 설명할 수 없는 잔류물이 남아 있음을 확인했다. 모든 차폐에도 불구하고 매우 약한 희미한 빛이 여전히 남아 있는 암실과 비슷하다.

연구원들은 이 확산되고 설명할 수 없는 빛에 대해 스테라디안당 제곱미터당 14~32나노와트의 값을 결정했다. 이는 밤하늘에 흩어져 있는 반딧불이 열 마리가 내뿜는 빛과 맞먹지만 2021년 초 뉴호라이즌스가 측정한 값보다 높다. "이러한 값은 우리 모델이 불완전할 가능성이 있음을 강조한다"고 Arizona State University의 Rosalia O'Brian과 그녀의 동료가 설명했다.

혜성 먼지가 책임이 있을까?

이 빛은 어디서 오는 건가? 천문학자들은 불일치가 아직 알려지지 않은 외부은하 광원에 있는 것이 아니라 우리 태양계의 황도광 모델에 있다고 의심한다. "우리의 추측이 맞다면 우리와 News Horizons의 위치 사이에 감지되지 않은 먼지 요소가 있는 것이다"고 Carleton은 말한다. "그래서 이 과도한 빛의 일부는 우리 태양계에서 나올 수 있다.“

이 여분의 먼지의 가능한 원인은 태양을 향해 날아가 카이퍼 벨트와 태양계 외부에서 증발하는 작은 혜성일 수 있다. 그런 다음 얼음에 갇힌 먼지가 방출되어 확산 산란광에 기여한다. (The Astronomical Journal, 2022; doi: 10.3847/1538-3881/ac8d02; doi: 10.48550/arXiv.2210.08010)
출처: 애리조나주립대학교 우주망원경과학연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]