우주의 빛은 얼마나 밝습니까? 연구는 아직까지 최고의 측정을 제공합니다

과학자들은 우주에 스며드는 희미한 빛, 즉 우주 광학 배경으로 알려진 현상에 대한 현재까지 가장 정확한 측정값을 포착하기 위해 사실상 태양계 가장자리로 여행했습니다.

8월 28일에 발표된 새로운 연구 천체 물리학 저널는 2015년에 명왕성을 지나 현재 지구에서 거의 55억 마일 떨어진 NASA의 뉴 호라이즌스(New Horizons) 우주선의 관측 결과를 바탕으로 작성되었습니다. 이 연구는 믿을 수 없을 정도로 간단한 질문에 답하기 위해 노력하고 있다고 콜로라도 볼더 대학의 천체물리학자인 공동 저자인 Michael Shull이 말했습니다.

"하늘이 정말 어두워요?" 천체 물리학 및 행성 과학부의 명예 교수인 Shull은 말했습니다.

우주는 인간의 눈에 검게 보일 수 있지만 과학자들은 그것이 완전히 어둡지는 않다고 믿습니다. 우주가 시작된 이래로 수많은 별을 포함하는 수조 개의 은하계가 형성되고 죽어서 감지할 수 없을 정도로 희미한 빛을 남겼습니다. 우주의 야간 조명이라고 생각해보세요.

Shull과 볼티모어 우주 망원경 과학 연구소의 Marc Postman이 이끄는 팀은 그 빛이 얼마나 밝은지 계산했습니다. 그들의 발견은 우주의 광학적 배경이 지구 표면에 도달하는 햇빛보다 약 1,000억 배 더 어두움을 시사합니다. 이는 인간이 육안으로 볼 수 없을 정도로 너무 희미합니다.

이번 결과는 과학자들이 빅뱅 이후 우주의 역사를 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다.

Shull은 "우리는 우주에서 설명할 수 있는 모든 광원을 합산하는 우주 회계사와 비슷합니다."라고 말했습니다.

어둠 속으로

이는 거의 50년 동안 과학자들의 상상력을 사로잡아온 일종의 숫자 분석 방식이라고 그는 덧붙였습니다.

Shull은 수십 년의 연구 끝에 천체 물리학자들이 우주가 어떻게 진화했는지에 대해 꽤 좋은 아이디어를 얻었다고 생각한다고 설명했습니다. 최초의 은하계는 빅뱅 이후 수억 년 후 우주 새벽(Cosmic Dawn)으로 알려진 시대에 형성되었습니다. 머나먼 우주에 있는 은하계에서 나오는 별빛은 약 100억년 전에 가장 밝은 지점에 도달했고 그 이후로 계속 어두워지고 있습니다.

우주의 광학적 배경을 정확하게 측정하면 과학자들은 이 우주 사진이 의미가 있는지 또는 우주로 빛을 내뿜는 신비롭고 아직 발견되지 않은 물체가 있는지 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.

그러나 이러한 종류의 측정을 수행하는 것은 쉽지 않습니다. 특히 지구에서는 더욱 그렇습니다.

지구 주변에는 작은 먼지 알갱이와 기타 잔해가 가득합니다. 햇빛은 이 혼란을 빛나게 하여 우주의 광학적 배경에서 나올 수 있는 모든 신호를 씻어냅니다.

"내가 사용하는 비유는 별을 보려면 덴버를 떠나야 한다는 것입니다."라고 Shull은 말했습니다. "당신 앞에는 사우스다코타와 네브라스카밖에 없는 콜로라도의 북동쪽 모퉁이로 나가야 합니다."

뉴 호라이즌스는 과학자들에게 우주에서 비슷한 일을 할 수 있는 일생에 한 번 있는 기회를 제공했습니다.

우주 회계

이 임무는 독특하게 콜로라도에서 유래되었습니다. Shull과 전 수석 연구원 Jack Brandt 밑에서 CU Boulder에서 대학원생으로 공부한 Alan Stern이 New Horizons 임무를 이끌고 있습니다. 그는 현재 콜로라도주 볼더에 있는 사우스웨스트 연구소(Southwest Research Institute)에 근무하고 있습니다. 우주선에는 CU 볼더 대기우주물리학연구소(LASP) 학생들이 설계하고 제작한 장비인 학생 먼지 계수기도 탑재되어 있습니다.

2023년 여름 몇 주 동안 연구원들은 뉴호라이즌스의 LORRI(Long Range Reconnaissance Imager)를 하늘의 25개 패치에 겨냥했습니다.

태양계 가장자리에서도 팀은 여전히 ​​해결해야 할 추가 빛이 많이 있었습니다. 예를 들어 은하계는 우리 태양계처럼 먼지가 모이는 후광 안에 자리잡고 있습니다.

Shull은 "먼지로부터 벗어날 수는 없습니다"라고 말했습니다. "어디에나 있어요."

그와 그의 동료들은 후광이 생성할 수 있는 빛의 양을 추정한 다음 LORRI로 보는 빛에서 그 빛을 뺍니다. 추가 광원을 제거한 후 팀에는 우주 광학 배경이 남았습니다.

과학적인 용어로, 그 배경은 스테라디안당 평방미터당 약 11나노와트에 달합니다. (스테라디안은 달 지름의 약 130배 너비를 가진 하늘 조각입니다.)

Shull은 이 값이 과학자들이 빅뱅 이후 형성되어야 한다고 믿는 은하의 수와 잘 일치한다고 말했습니다. 다르게 말하면, 많은 빛을 발산하는 우주에는 이국적인 종류의 입자와 같은 이상한 물체가 없는 것 같습니다. 그러나 연구자들은 그러한 변칙성을 완전히 배제할 수는 없습니다.

팀의 측정은 오랫동안 우주의 빛을 가장 잘 추정할 수 있을 것 같습니다. 뉴 호라이즌스는 남은 연료 공급량을 사용하여 다른 과학적 우선순위를 추구하고 있으며, 현재 우주의 차갑고 어두운 구석으로 향하는 다른 임무는 없습니다.

Shull은 "미래 임무에 카메라를 장착하고 카메라가 나올 때까지 수십 년을 기다린다면 더 정확한 측정값을 볼 수 있을 것"이라고 말했습니다.

새로운 연구의 다른 공동 저자로는 SWRI의 Alan Stern과 미국 국립 과학 재단 국립 광학 적외선 천문학 연구소의 Tod Lauer가 있습니다. 존스홉킨스대학교 응용물리학연구소, 텍사스대학교 샌안토니오캠퍼스, 버지니아대학교 연구진도 참여했다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/09/240903144905.htm