(3분 30초 읽기)
- 우주 탐사선 New Horizons 주주 배경 빛 조사
- 추산한 은하의 갯수는 2조개가 아니라 수천 억개에 불과할 것
- 허블 망원경 측정보다 10배 더 어두워

우주는 얼마나 어두울까?
하늘에서 오는 빛의 새로운 측정; 예상보다 우주에 은하 수가 적다는 것 암시

산란광 :
우주는 이전에 생각했던 것보다 더 어둡고 은하수의 수도 적을 수 있다.
우주 탐사선 뉴 호라이즌(New Horizons)를 사용한 광학 배경 조명 측정이 증거한다.
이 탐사선은 명왕성 너머로 궤도를 이동하기 때문에 빛 공해 없이 하늘을 관측할 수 있다.
측정에 따르면 공간은 예상보다 10배 더 어둡다. 약 2조 개의 은하 대신 우주에는 수천억 개의 은하만 포함될 수 있다. 

▲ New Horizons 우주탐사선의 하늘 이미지는 우주의 광학 배경광에 대한 새로운 정보를 제공한다. © Joe Olmsted / STScI

밤하늘이 어두워 보여도 우주는 약하고 산란된 빛으로 가득 차 있다.
이 광학 배경 빛은 별, 은하 및 기타 우주 물체의 점 광원이 차단될 때 남는 것이다.
극도로 약하고 균일한 광자 카펫은 무엇보다도 최고의 망원경조차도 범위를 벗어난 먼 은하에서 발산하는 산란광으로 구성된다.

우주에도 빛 공해

따라서 광학적 배경 광은 우주 전체에 얼마나 많은 은하가 있을 수 있는지, 그리고 먼 초기에 어떤 광원이 있었는지에 대한 귀중한 정보를 제공한다.
“우주 마이크로파 배경은 빅뱅 이후 38만 년 우주가 어떻게 생겼는지 알려주는 반면, 광학 배경 복사는 그 이후로 그리고 이것이 발생했을 때 형성된 별의 수에 대해서도 알려준다”고 볼티모어에 있는 Space Telescope Science 연구소의 수석 저자 마크 포스트만(Marc Postman)이 설명했다.

문제는 이 약한 배경 조명을 측정하려면 태양으로부터의 빛 공해, 내부 태양계의 반사 먼지 입자 또는 기타 파괴적인 영향을 피해야 한다는 것이다.
허블 우주 망원경조차도 이러한 파괴적인 효과에 여전히 노출되어있어 천문학자들이 심야 이미지에서 배경 조명의 양을 계산하기가 어렵다.

Hubble로 측정한 것보다 10배 더 어둡다.

다른 어떤 것보다 방해받지 않고 이 측정을 수행할 수 있는 전초 기지가 있다.
NASA의 New Horizons 우주 탐사선이다. 이것은 산란된 태양광에 의해 거의 방해받지 않는 우리 태양계의 어두운 영역을 통해 명왕성을 넘어 날아간다.
Postman과 그의 팀은 새로운 광학 배경 조명 측정의 기초로 New Horizons이 기록한 하늘을 평가했다.

놀라운 결과 : 공간이 이전에 예상했던 것보다 훨씬 더 어둡다.
“어둠의 크기에 있어서 하늘은 허블 망원경이 제안한 가장 어두운 하늘 이미지보다 약 10배 더 어둡다”고 Postman과 그의 팀은 보고했다. 전반적으로 그들은 우주 배경 조명에 대해 스테라디안 당 평방 미터당 33.2 나노와트의 값(33.2nW/㎡/sr)을 결정했다.

▲ 그림은 LORRI로 관찰된 7개 필드 각각에 대해 알려진 하늘 구성 요소의 진폭을 보여준다. 오차 막대가 있는 검은색 수평선은 측정된 총 하늘 값과 각 필드에 대한 불확실성을 보여준다. 필드는 100 μm 자속 밀도를 증가시키는 순서로 정렬. 전체 하늘 수준과 진한 녹색 막대의 상단 사이의 간격은 Brandt & Draine (2012)에 기반한 DGL(diffuse galactic light)을 사용해 각 필드의 dCOB(decting cosmic optical background) 구성 요소를 나타낸다. 회색 오차 막대는 DGL에 대한 이 추정치를 사용해 알려진 하늘 구성 요소의 불확실성의 직교 합을 보여준다 (즉, 희미한 별+IGL+산란광+DGL). 전체 하늘 수준과 연한 녹색 막대의 상단 사이의 간격은 Zemcov 등에서 100 μm 대 광속 관계를 사용해 DGL을 계산한 결과. (2017). 하늘색 오차 막대는 이 후자의 DGL 추정치를 사용해 알려진 하늘 구성 요소의 불확실성의 직교 합을 보여준다. (출처:발표 논문 초록)

우주에는 은하수가 예상보다 적다.

이것은 우리에게 무엇을 말할까?
천문학자들이 설명했듯이, 그들의 측정은 먼 보이지 않는 공간에 예상보다 훨씬 더 적은 수의 은하가 있을 수 있음을 나타낸다. 허블 측정을 기반으로 연구자들은 지금까지 그러한 보이지 않는 은하의 90%에 해당하는 비율을 가정했다. 이에 따라 우주에 있는 은하수는 2조 개 이상이라고 가정했다. 그것의 많은 부분은 30등급보다 희미하므로 직접 볼 수 없었을 것이다.

New Horizons의 새로운 측정 데이터는 다른 그림을 그린다.
“허블이 보는 모든 은하계를 취한 다음 그 숫자를 두 배로 늘릴 수 있다”고 Tucson에 있는 NOIRLab의 공동 저자 토드 라우어(Tod Lauer)가 설명했다. “그것이 우리가 측정한 것이다. 더 이상은 아니다.”
이것에 따르면, 우주에 있는 은하의 총수는 2조 개가 아니라 수천억에 가깝다.

▲ 뉴 호라이즌과 명왕성 시스템의 밀접한 만남에 대한 작가의 상상도

원인을 알 수 없는 가벼운 잔류물

흥미로운 점은 알려진 광원과 보이지 않는 은하에서 나오는 모든 빛을 꺼낼 경우 작은 잔여 물이 남아 있다는 것이다.
“스테라디안 당 평방 미터당 8.8~11.9나노 와트 범위에서 출처를 알 수 없는 확산 성분이 남아 있다”고 연구원들이 보고했다. 이것은 이전에 알려지지 않았고 고려되었던 프로세스에 의해 생성된 빛일 수 있다.

Postman과 그의 팀은 “광학 배경 광의 이러한 확산 성분은 예를 들어 암흑 물질 입자의 소멸 또는 붕괴를 통해 광자의 더 이국적인 생산 과정을 반영 할 수 있다”고 설명했다. (Astrophysical Journal, accepted, 237th American Astronomical Society Meeting, 초록)
출처 : Space Telescope Science Institute, NOIRLab

[더사이언스플러스=문광주 기자] "No Science, No Future"

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]