우주배경복사 지도와 항성 카달로그

 

 

 

지구에서 관측되는 우주배경복사는 과거 빅뱅 직후 뜨거웠던 우주로부터 온 빛이다. 우주에서는 먼 곳에 있는 천체일수록 과거의 모습을 보여주는데, 우주배경복사는 거의 우주의 나이에 가까운 거리에서 온 빛이 극단적으로 적색편이 된 상태로 우리에게 보이는 것이어서 이 복사는 우리가 우주 생성 초기의 빛을 보는 것이게 된다. 이 태초의 복사는 빅뱅 후 138억 년인 현재는 4,080MHz의 초단파로 관측되므로 이 복사 자체는 전파 성분이다. 하지만 이 태초의 복사는 빅뱅이 일어나기 전에서 유래한 진공 성분의 빛을 함유하고 있다.

 

필자가 주목하는 것은 진공빛이다.

 

우주배경복사는 4,080MHz 대역에서 들려오는 초단파 잡음의 형태로 1964년에 미국 벨연구소의 아노 펜지어스와 로버트 윌슨이 최초로 감지되었고, 이후 이것이 빅뱅의 잔향인 것이 밝혀졌다. 오늘날 천문학자들은 우주의 은하들이 어떻게 형성되었는지에 대하여 우주의 생성 초기에 우주배경복사의 밀도가 높은 지역은 중력으로 물질을 끌어당겨서 밀도가 더욱 높아지게 되었고, 그 과정이 반복되면서 은하가 생성되고 오늘날과 같은 우주의 구조가 형성되었다고 보게 되었다. 그러므로 이 복사는 이 우주가 어떻게 태어났는지 출생의 비밀을 말해줄 수 있는 살아 있는 화석과 같은 것이다. 그래서 이 복사를 정밀한 수준에서 조사하기 위해 우주배경복사 탐사선(COBE : Cosmic Microwave Background Explorer) 프로젝트가 추진되었다.

 

1989년 COBE가 작성한 우주배경복사 지도는 COBE가 처음 2년간의 관측(=수집)을 집약해 전 하늘의 우주배경복사의 온도 편차를 나타낸 것이다. 이 지도의 붉은색 영역은 평균보다 1/10만 정도 높은 지역을 나타내고, 푸른색은 온도가 낮은 지역을 나타낸다. 이것은 빅뱅 38만 년 후의 우주의 구조를 보여준 것으로, 과학자들에게는 이 우주에 있는 은하들이 모두 이 밀도 편차에서 생겨났다고 결론 지을 수 있게 해주는 판단 근거가 되었다.

 

필자는 COBE가 처음 2년간 우주배경복사를 수집한 것을 집약해 작성한 우주배경복사 지도가 전 하늘의 우주배경복사의 온도 편차를 나타내주는 것일 뿐 아니라 필자의 관심사인 진공빛이 우주에 편재를 보여주는 것이 된다는 점에 주목하게 된다.

 

COBE의 활약 이후 ESA는 2009년부터 2013년까지 플랑크 위성을 발사해 더 세밀한 우주배경복사 지도를 작성했다.

 

다음의 우주배경복사 지도들은 이 지도의 목적인 우주배경복사의 온도 편차를 나타내주는 것이면서 또한 지도 제작을 위해 관측 수집한 우주배경복사에 함유된 진공 성분 빛이 집약된 것이기도 해서 이 우주배경복사는 단순한 그림이 아니라 진공빛의 우주 편재를 나타내주는 것이기도 하다. 단, 지도 제작을 위해 과측 수집한 우주배경복사의 총량이 변수가 된다. 그리고 빛운영하기 시작한 후인가가 중요한 변수가 된다.

 

즉, 빛운영 전인 1990년~1992년의 지도보다 빛운영이 시작된 후 1년 동안의 관측이 포함된 2012년 지도가 더 밝은 진공빛을 띠었다.빛운영한 지 3년이 된 2014년 지도는 빛운영하여서 태양에서 확산한 진공빛이 더 많이 포함되어서 더 밝아진 진공빛을 띠었다.

 

1990년-1992년(빛운영 전) 관측.

 

2012년 발표. 빛운영한 이후의 관측이 일부 포함되었다.

 

2014년 발표. 빛운영한 이후 상황이 상당히 좀 더 많이 포함되었다.

 

 

 

​가이아 위성은 2013년 12월에 발사되어 활동을 시작해 2020년까지 관측 수집한 18억 개가 넘는 항성의 정보를 담은 우리은하 항성 카달로그를 제작했다. 이 카달로그에는 빛운영을 9년 동안 수행한 결과가 반영된 것이어서 앞의 우주배경복사 지도보다 훨씬 더 밝은 진공빛을 띠었다.

 

 

가이아 위성이 2013년 12월~2020년까지 수집한 전체 하늘의 별빛 정보를 집약해 만든 우리 은하 항성 카달로그.

진공빛, 수치화할 수 없이 매우 밝다.

 

 

2010년. 빛운영 시작 전. 2MASS Redshift Survey (2MRS)

진공빛의 밝기, 20양(10²⁸)

 

 

 

빛운영 시작 2년 후인 2013년 8월까지의 관측을 집약한 먼 은하 지도.

진공빛의 밝기, S400.

※S400=9.999무량수(10⁶⁸)×400

 

 

2006년~2016년의 먼 은하 관측에서 수집한 신호를 집약해 만든 먼 은하 지도.

점으로 보이는 것들이 모두 은하들이다.

진공빛, 수치화할 수 없이 밝다

 

 

2006년~2016년의 먼 은하 관측에서 수집된 신호를 집약해 만든 먼 은하 지도에는 빛운영을 시작한 이후 5년 동안 밝아진 빛이 반영되었다. 그리고 전체 하늘을 정밀하게 관측해 보다 많은 별빛 신호를 집약해 만든 것이다. 그러므로 이 지도는 매우 밝아서 그 밝기를 수치화할 수 없이 밝은 빛을 띠었다. (*같은 관측을 2016년 이후 계속해서 만들었으면 더 밝은 진공빛을 띠었을 것이다,)